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  • 线段树

    没错则就是一个(过去的)线段树黑洞的线段树博客

    线段树:

    线段树是一种二叉搜索树,与区间树相似,它将一个区间划分成一些单元区间,每个单元区间对应线段树中的一个叶结点。

    使用线段树可以快速的查找某一个节点在若干条线段中出现的次数,时间复杂度为O(logN)。而未优化的空间复杂度为2N,实际应用时一般还要开4N的数组以免越界,因此有时需要离散化让空间压缩。

    先上一个点修改的模板

    忠诚改

    tips:这不是洛谷P1816喔(但是用那个测程序也是可以的

    Time Limit: 1000 ms Memory Limit: 128 MB

    老管家是一个聪明能干的人。他为财主工作了整整10年,财主为了让自已账目更加清楚。要求管家每天记k次账,由于管家聪明能干,因而管家总是让财主十分满意。但是由于一些人的挑拨,财主还是对管家产生了怀疑。于是他决定用一种特别的方法来判断管家的忠诚,他把每次的账目按1,2,3…编号,然后不定时的问管家问题,问题是这样的:在a到b号账中最少的一笔是多少?为了让管家没时间作假他总是一次问多个问题。

    在询问过程中账本的内容可能会被修改

    Input

    输入中第一行有两个数m,n表示有m(m<=100000)笔账,n表示有n个问题,n<=100000。

    接下来每行为3个数字,第一个p为数字1或数字2,第二个数为x,第三个数为y

    当p=1 则查询x,y区间

    当p=2 则改变第x个数为y

    Output

    输出文件中为每个问题的答案。具体查看样例。

    Sample Input

    10 3
    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    1 2 7
    2 2 0
    1 1 10

    Sample Output

    2 0
    上代码

    #include<iostream>
    #include<cstdio>
     
    using namespace std;
     
    int sum[10000001],n,m;
     
    void build(int l,int r,int o){
        if(l==r){
            int x;
            scanf("%d",&x);
            sum[o]=x;
            return;
        }
        int mid=(l+r)>>1;
        build(l,mid,o<<1);
        build(mid+1,r,(o<<1)+1);
        sum[o]=min(sum[o<<1],sum[(o<<1)+1]);
    }
     
    void insert(int l,int r,int x,int o,int v){
        if(l==r){
            sum[o]=v;
            return;
        }
        int mid=(l+r)>>1;
        if(x<=mid)insert(l,mid,x,o<<1,v);
        else insert(mid+1,r,x,(o<<1)+1,v);
        sum[o]=min(sum[o<<1],sum[(o<<1)+1]);
    }
     
    int query(int l,int r,int x,int y,int o){
        if(x<=l and r<=y){
            return sum[o];
        }
        int mid=(l+r)>>1,ans=0x7fffffff;
        if(x<=mid)ans=query(l,mid,x,y,o<<1);
        if(y>mid) ans=min(ans,query(mid+1,r,x,y,(o<<1)+1));
        return ans;
    }
     
    int main(){
        scanf("%d%d",&n,&m);
        build(1,n,1);
        for(int i=1;i<=m;i++){
            int x;
            scanf("%d",&x);
            if(x==1){
                int y,z;
                scanf("%d%d",&y,&z);
                printf("%d
    ",query(1,n,y,z,1));
            }else if(x==2){
                int y,z;
                scanf("%d%d",&y,&z);
                insert(1,n,y,1,z);
            }
        }
        return 0;
    }

    以上的代码十分(逃XDDD

    实际上这个线段树是十分的简(fu)单(za)的

    分别有以下几个函数:

    build:构建整棵线段树

    pushup:对于我们所要求的答案进行往上更新

    pushdown:lazy标记下传

    update:区间修改(可以当做单点修改用)

    query:区间查询(和,最值等)

    先上一个丑陋的线段树

    对于每一个颜色的方块,它是线段树上的一个节点
    而[x,y]就是x到y的一个闭区间。

    所以这里每个节点可以维护一个值(如区间最值、和等

    所以我们正式来学习一下区间修改的线段树,刚刚那是点修改的线段树,在oi使用中用处十分有限,同时也可是用区间修改的线段树代替

    所以

    我们来了解一下各个函数的用法:

    build:构建一棵线段树

    update:上传(修改)一个区间(点)的值,可以至此区间加、减、set等操作

    query:查询一个区间的最值,和等

    pushdown:下传lazytag

    简述一下lazytag

    我们也会发现有时候我们修改是一个区间,而这个区间在线段树上有一个节点刚好被这个区间所包括,那么我们就直接在这个节点上打标记也就是lazytag,我们就不用下传到叶子节点,这样我们就可以省下很大的复杂度。当然我们在查询时也要下放标记。也就是一个懒惰的思想,我们可以先不下放标记,在需要使用时再下放标记。

    接下来我们以luogu P3372 【模板】线段树 1 为例

    这是线段树最基础的一题

    可能大家对于lazytag还是有一定的陌生,但是慢慢就会熟悉的

    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    #define ll long long
    using namespace std;
    
    ll a[100001],sum[400001],lazy[400001];
    int n,m;
    
    void pushdown(int o,int len){
        if(lazy[o]){
            int left=o<<1,right=left+1;
            lazy[left]+=lazy[o],lazy[right]+=lazy[o];
            sum[left]+=lazy[o]*(len-(len>>1));
            sum[right]+=lazy[o]*(len>>1);
            lazy[o]=0;
        }
    }
    
    void build(int o,int l,int r){
        if(l==r){
            scanf("%d",&sum[o]);
            return;
        }
        int mid=(l+r)>>1,left=o<<1,right=left+1;
        build(left,l,mid),build(right,mid+1,r);
        sum[o]=sum[right]+sum[left];
    }
    
    void update(int o,int l,int r,int x,int y,int v){
        if(x<=l and r<=y){
            lazy[o]+=v;
            sum[o]+=v*(r-l+1);
            return;
        }
        int mid=(l+r)>>1,left=o<<1,right=left+1;
        pushdown(o,r-l+1);
        if(x<=mid)update(left,l,mid,x,y,v);
        if(y>mid)update(right,mid+1,r,x,y,v);
        sum[o]=sum[left]+sum[right];
    }
    
    ll query(int o,int l,int r,int x,int y){
        if(x<=l and r<=y){
            return sum[o];
        }
        int mid=(l+r)>>1,left=o<<1,right=left+1;
        ll m=0;
        pushdown(o,r-l+1);
        if(x<=mid)m+=query(left,l,mid,x,y);
        if(mid+1<=y)m+=query(right,mid+1,r,x,y);
        return m;
    }
    
    
    int main(){
        scanf("%d%d",&n,&m);
        build(1,1,n);
        for(int i=1;i<=m;i++){
            int x;
            scanf("%d",&x);
            if(x==1){
                int y,z,q;
                scanf("%d%d%d",&y,&z,&q);
                update(1,1,n,y,z,q);
            }
            if(x==2){
                int y,z,q;
                scanf("%d%d",&y,&z);
                printf("%lld
    ",query(1,1,n,y,z));
            }
        }
        return 0;
    }

     线段树其实我们还有别的操作,如区间乘,set,lca,gcd等等

    我们可以看下luogu线段树2

    代码

    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    #define ls o*2
    #define rs o*2+1
    
    using namespace std;
    int n,m,Mod;
    long long lazy1[500001],lazy2[500001],sum[500001],a[100001];
    
    void pushdown(int o,int l,int r){
        if(lazy2[o]!=1){
            int mid=(l+r)/2;
            lazy2[ls]=(lazy2[ls]*lazy2[o])%Mod;
            lazy2[rs]=(lazy2[rs]*lazy2[o])%Mod;
            lazy1[ls]=(lazy1[ls]*lazy2[o])%Mod;
            lazy1[rs]=(lazy1[rs]*lazy2[o])%Mod;
            sum[ls]=(sum[ls]*lazy2[o])%Mod;
            sum[rs]=(sum[rs]*lazy2[o])%Mod;
            lazy2[o]=1;
        }
        if(lazy1[o]){
            int mid=(l+r)/2;
            lazy1[ls]=(lazy1[ls]+lazy1[o])%Mod;
            lazy1[rs]=(lazy1[rs]+lazy1[o])%Mod;
            sum[ls]=(sum[ls]+lazy1[o]*(mid-l+1))%Mod;
            sum[rs]=(sum[rs]+lazy1[o]*(r-mid))%Mod;
            lazy1[o]=0;
        }
    }
    
    void build(int o,int l,int r){
        lazy2[o]=1;
        if(l==r){
            sum[o]=a[l]%Mod;
            return;
        }
        int mid=(l+r)/2;
        build(ls,l,mid);
        build(rs,mid+1,r);
        sum[o]=(sum[ls]+sum[rs])%Mod;
    }
    
    void update(int a,int b,int o,int l,int r,int x){
        if(a<=l&&b>=r){
    //        pushdown(o,l,r);
            sum[o]=(sum[o]+x*(r-l+1))%Mod;
            lazy1[o]=(lazy1[o]+x)%Mod;
            return;
        }
        pushdown(o,l,r);
        int mid=(l+r)/2;
        if(a<=mid) update(a,b,ls,l,mid,x);
        if(b>mid) update(a,b,rs,mid+1,r,x);
        sum[o]=(sum[ls]+sum[rs])%Mod;
    }
    
    void update2(int a,int b,int o,int l,int r,int x){
        if(a<=l&&b>=r){
    //        pushdown(o,l,r);
            sum[o]=(sum[o]*x)%Mod;
            lazy2[o]=(lazy2[o]*x)%Mod;
            lazy1[o]=(lazy1[o]*x)%Mod;
            return;
        }
        pushdown(o,l,r);
        int mid=(l+r)/2;
        if(a<=mid) update2(a,b,ls,l,mid,x);
        if(b>mid) update2(a,b,rs,mid+1,r,x);
        sum[o]=(sum[ls]+sum[rs])%Mod;
    }
    
    long long query(int a,int b,int o,int l,int r){
        if(a<=l&&b>=r) return sum[o];
        pushdown(o,l,r);
        int mid=(l+r)/2;
        long long qq=0;
        if(a<=mid) qq=(qq+query(a,b,ls,l,mid))%Mod;
        if(b>mid) qq=(qq+query(a,b,rs,mid+1,r))%Mod;
        return qq%Mod;
    }
    
    int main(){
    //    freopen("testdata.in","r",stdin);
    //    freopen("hehe.txt","w",stdout);
    //    for(int i=1;i<500001;i++) lazy2[i]=1;
        scanf("%d%d%d",&n,&m,&Mod);
        for(int i=1;i<=n;i++) scanf("%d",&a[i]);
        build(1,1,n);
        for(int i=1;i<=m;i++){
            int id,x,y,z;
            scanf("%d",&id);
            if(id==1){
                scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);
                update2(x,y,1,1,n,z);
            }else if(id==2){
                scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);
                update(x,y,1,1,n,z);
            }else{
                scanf("%d%d",&x,&y);
                printf("%lld
    ",query(x,y,1,1,n));
            }
    //        printf("No.%d %d
    ",i,query(1,n,1,1,n));
    //        if(i==1) printf("checks:%d
    ",query(1,5,1,1,n));
        }
    }

      有时频繁的标记下放会给我们带来极大的常数,于是我们就可以用可持久化线段树,当然初学者可以忽略下面的内容。

    线段树的标记永久化

    其实线段树的标记永久化是一个非常容易理解的东西,往往我们都会在区间操作时打lazytag,但是在标记下放时会耗费大量的时间,所以我们可以尝试标记永久化,这样我们的就不用下放标记,同时代码也更加简洁,因为我们少了一个pushdown函数,同时出错率也会大大降低。
    对于标记永久化,其实和普通线段树比起来,其实差不多

    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    
    using namespace std;
    
    typedef long long ll;
    int n,m;
    ll sum[4000001],tag[4000001]; 
    
    
    void pushup(int o){
        sum[o]=sum[o<<1]+sum[o<<1|1]; 
    }
    
    void build(int o,int l,int r){
        if(l==r){
            scanf("%lld",&sum[o]);
            return;
        }
        int mid=(l+r)>>1;
        build(o<<1,l,mid);
        build(o<<1|1,mid+1,r);
        pushup(o);
    }
    
    void update(int o,int l,int r,int x,int y,ll v){
        sum[o]+=((ll)min(r,y)-(ll)max(x,l)+1)*v;
        if(x<=l and r<=y){
            tag[o]+=v;
            return;
        }
        int mid=(l+r)>>1;
        if(x<=mid){
            update(o<<1,l,mid,x,y,v);
        }
        if(y>mid){
            update(o<<1|1,mid+1,r,x,y,v);
        }
    }
    
    ll query(int o,int l,int r,ll tg,int x,int y){
        if(x<=l and r<=y){
            return sum[o]+(ll)(min(r,y)-max(x,l)+1)*(tg);
        }
        int mid=(l+r)>>1;
        ll ret=0;
        if(x<=mid){
            ret+=query(o<<1,l,mid,tg+tag[o],x,y);
        }
        if(y>mid){
            ret+=query(o<<1|1,mid+1,r,tg+tag[o],x,y);
        }
        return ret;
    }
    
    int main(){
        scanf("%d%d",&n,&m);
        build(1,1,n);
        for(int i=1;i<=m;i++){
            int opt;
            scanf("%d",&opt);
            if(opt==1){
                int x,y;
                ll z;
                scanf("%d%d%lld",&x,&y,&z);
                update(1,1,n,x,y,z);
            }else{
                int x,y;
                scanf("%d%d",&x,&y);
                printf("%lld
    ",query(1,1,n,0,x,y));
            }
        }
        return 0;
    }
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