树状数组

树状数组:二进制的应用

与线段树的区别：树状数组的问题都可以用线段树解决，树状数组系数少，效率高

修改、查询复杂度：O(lon N)

单点更新、区间查询：

C[1]=C[0001]=A[1]

C[2]=C[0010]=A[1]+A[2]

C[3]=C[0011]=A[3]

C[4]=C[0100]=A[1]+A[2]+A[3]+A[4]

 

C[5]=C[0101]=A[5]

C[6]=C[0110]=A[5]+A[6]

C[7]=C[0111]=A[7]

C[8]=C[1000]=A[1]+A[2]+A[3]+A[4]+A[5]+A[6]+A[7]+A[8]

 

C[i]=A[i-2^k+1]+A[i-2^k+2]+...+A[i]

k：二进制中最低位到高位连续零的长度

 

Sum(i)=C[i]+C[i-2^k1]+C[(i-2^k1)-2^k2)+...

A[i] 包含于 C[i + 2^k]、C[(i + 2^k) + 2^k]...

例如求前7项：C[7]+C[6]+C[4]

Sum[7]=sum[111]=C(100)+C(110）+C(111)

 

lowbit:取2^k

int lowbit(int x) {
    return x&(-x);
}

更新函数

void updata(int x,int y) {
    for(int i=x;i<=n;i+=lowbit(i))
    c[i]+=y;
}

求和函数

int getsum(int x) {
    int ans=0;
    for(int i=x;i>0;i-=lowbit(i)) ans+=c[i];
    return ans;
} 

例题：http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1166

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int n,m;
int a[50005],c[50005];

int lowbit(int x) {
    return x&(-x);
}

void updata(int x,int y) {
    for(int i=x;i<=n;i+=lowbit(i))
    c[i]+=y;
}

int getsum(int x) {
    int ans=0;
    for(int i=x;i>0;i-=lowbit(i)) ans+=c[i];
    return ans;
} 

int main( ) {
    int t;
    cin>>t;
    int tot=1;
    while(t--) {
        cout << "Case " << tot++ << ":" << endl;
        memset(a, 0, sizeof a);
        memset(c, 0, sizeof c);
        
        cin>>n;
        
        for(int i = 1; i <= n; i++){
            cin>>a[i];
            updata(i,a[i]); 
        }

        string s;
        int x,y;
        
        while(cin>>s && s[0] != 'E') {
            
            cin>>x>>y;
            
            if(s[0] == 'Q') {
                int sum = getsum(y) - getsum(x-1);
                cout << sum << endl;
            }
            
            else if(s[0] == 'A') updata(x,y);
            
            else if(s[0] == 'S') updata(x,-y);
            
        }
        
    }
    return 0;
}

区间更新、单点查询：

把a-b区间内所有值全部加上k或者减去k

用传统树状数组复杂度不允许，不能再用数据的值建树

引入差分，利用差分建树

C[i]=a[i]-a[i-1] a为原数组

 

当某个区间[x,y]的值改变，区间内的差值不变

只有C[x]和C[y+1]的值改变了

对C[]数组建立树状数组

A[i]=Σ(i,j=1)C[i]  前面i项的差值和

 

例如：

A[0]=0;

 

A[]=1 2 3 5 6 9

C[]=1 1 1 2 1 3

把区间[3,5]加上2

A[]=1 2 5 7 8 9

C[]=1 1 3 2 1 1

 

C[3]的差值与C[5+1]的差值发生了改变

对C[]数组建立树状数组

例题：https://www.luogu.org/problem/P3368

#include <iostream>
using namespace std;
typedef long long ll;
int a[500007],c[500007];
int n,m;
int lowbit(int x) {
    return x&(-x);
}
void update(int x,int y) {
    for(int i=x;i<=n;i+=lowbit(i)) c[i]+=y;
}

int getsum(int x) {
    int ans=0;
    for(int i=x;i>0;i-=lowbit(i)) ans+=c[i];
    return ans;
}
int main( ) {
    scanf("%d %d",&n,&m);
    a[0]=0;
    for(int i=1;i<=n;i++) {
        scanf("%d",&a[i]);
        update(i,a[i]-a[i-1]);
    }
    
    for(int i=1;i<=m;i++) {
        int flag,x,y;
        int k;
        scanf("%d",&flag);
        if(flag==1) {
            scanf("%d %d %d",&x,&y,&k);
            update(x,k);
            update(y+1,-k);
        }
        else {
            scanf("%d",&x);
            printf("%d
",getsum(x));
        }
    }
    
    return 0;
}

区间更新、区间查询

还是利用差分

Σ(n,i=1）A[i]=Σ(n,i=1)Σ(i,j=1)D[j]

即：

A[1]+A[2]+...+A[n]

=(D[1])+(D[1]+D[2])+...+(D[1]+D[2]+..+D[n])

=n*D[1]+(n-1)*D[2]+...+D[n]

=n*(D[1]+D[2]+...+D[n])-(0*D[1]+1*D[2]+...+(n-1)*D[n])

 

所以： Σ(n,i=1）A[i]=n*Σ(n,i=1)D[i] - Σ(n,i=1)(D[i]*(i-1));

维护两个树状数组

A[i]=D[i]

B[i]=D[i]*(i-1);

例题：https://vjudge.net/problem/POJ-3468

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;
typedef long long ll;
ll a[500007],c[500007];
ll A[500007],B[500007];
int n,m;
int lowbit(int x) {
    return x&(-x);
}
void update(ll x,ll y) {
    ll k=x;
    for(int i=x;i<=n;i+=lowbit(i)) {
        A[i]+=y;
        B[i]+=y*(k-1);
    }
}

ll getsum(ll x) {
    ll ans=0;
    ll k=x; 
    for(int i=x;i>0;i-=lowbit(i)) ans+=k*A[i]-B[i];
    return ans;
}
int main( ) {
    scanf("%lld %lld",&n,&m);
    a[0]=0;
    for(int i=1;i<=n;i++) {
        scanf("%lld",&a[i]);
        update(i,a[i]-a[i-1]);
    }
    
    for(int i=1;i<=m;i++) {
        char s;
        cin>>s;
        ll x,y,k;
        if(s=='Q') {
            scanf("%lld %lld",&x,&y);
            cout<<getsum(y)-getsum(x-1)<<endl;
        }
        else {
            scanf("%lld %lld %lld",&x,&y,&k);
            update(x,k);
            update(y+1,-k);
        }
    }
    
    return 0;
}

树状数组还可以求逆序对、区间最大值，这些以后再更新了