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  • 前缀和、二维前缀和与差分

     先粘上我入门时看的博客:https://blog.csdn.net/qq_41117236/article/details/89438153

    声明:以下部分内容摘自该博客,仅供个人复习时用


    【引入】

    首先给出一个问题:
    给定n个数,再给出m个询问,每个询问给出区间Li,Ri和x,要求你在Li到Ri上每一个值都加上x,最后给出一个询问区间L,R的区间和,怎么办?
    思考一下:如果暴力,最坏时间复杂度O(n^2);线段树或者树状数组,时间复杂度O(logn);而使用差分可以O(n)。

     要使用差分,首先我们来谈谈前缀和。

    【前缀和】

    什么是前缀和?前缀和是一个数组的某项下标之前(包括此项元素)的所有数组元素的和。 

    设b[]为前缀和数组,a[]为原数组,根据这句话可以得到前缀和的定义式和递推式:


    一维前缀和理解起来比较容易,二维前缀和后边细说,我们先来说说差分。

     【差分】

    什么是差分?差分是一个数组相邻两元素的差,一般为下标靠后的减去靠前的一个。

    设差分数组p[],即:

     

    差分是将数列中的每一项分别与前一项数做差,

    例如:

    一个序列1 2 5 4 7 3,差分后得到1 1 3 -1 3 -4 -3

    这里注意得到的差分序列第一个数和原来的第一个数一样(相当于第一个数减0)

    差分序列最后比原序列多一个数(相当于0减最后一个数)

    性质:

    1、差分序列求前缀和可得原序列

    2、将原序列区间[L,R]中的元素全部+1,可以转化操作为差分序列L处+1,R+1处-1

    3、按照性质2得到,每次修改原序列一个区间+1,那么每次差分序列修改处增加的和减少的相同

    【联系】

    前缀和和差分有什么关系呢?

    令F(a)表示前缀和数组,G(a)表示差分数组,则      

    可以说 前缀和 和 差分 是一对互逆过程。

    【一维前缀和】

    根据上述表达式我们可以以O(1)求出区间[i,j]的区间和     

    【二维前缀和】

    二维前缀和的计算运用了容斥定理,我们来看下图:

     

    显然左上角重合的那一块加了两次,所以我们需要减掉重合的部分。请结合上图理解下列递推式。

     

    【应用+板子】

     回到引入中的问题,对于每一个L,R,x,我们只需要在b[L]+x,在b[R]-x,最后做前缀和,O(1)查询即可。

    代码如下:

     1 #include <stdio.h>
     2 #include <string.h>
     3 #include <iostream>
     4 #include <string>
     5 #include <math.h>
     6 #include <algorithm>
     7 #include <vector>
     8 #include <stack>
     9 #include <queue>
    10 #include <set>
    11 #include <map>
    12 #include <math.h>
    13 const int INF=0x3f3f3f3f;
    14 typedef long long LL;
    15 const int mod=1e9+7;
    16 const int maxn=1e6+10;
    17 using namespace std;
    18 int a[1005];//原数组 
    19 int sum[1005];//前缀和 
    20 int b[1005];//add标记 
    21 int main()
    22 {
    23     int n,m; 
    24     scanf("%d %d",&n,&m);
    25     for(int i=1;i<=n;i++)
    26         scanf("%d",&a[i]);
    27     while(m--)
    28     {
    29         int L,R,x;
    30         scanf("%d %d %d",&L,&R,&x);
    31         //只需对[L,R]区间里的数加p,[R+1,n]这个区间里的数没必要加p。 
    32         b[L]+=x;
    33         b[R+1]-=x;
    34     }
    35     int add=0;//每一位需要更改的数 
    36     for(int i=1;i<=n;i++)
    37     {
    38         add+=b[i];//先计算出该位数要变化的数 
    39         sum[i]=sum[i-1]+(a[i]+add);//a[i]+add为该位数在操作后最终的数 
    40     }
    41     int l,r;
    42     scanf("%d %d",&l,&r);
    43     printf("%d
    ",sum[r]-sum[l-1]);
    44     return 0;
    45 }

    还是引入中的问题,升级为:

    给定一个n*m大小的矩阵a,再给出q个询问,每次询问给定x1,y1,x2,y2和x,表示以(x1,y1)为左上角坐标和(x2,y2)为右下角坐标的子矩阵的所有元素都加上x,

    最后给出一个询问:以(x1,y1)为左上角坐标和(x2,y2)为右下角坐标的子矩阵的所有元素和,怎么办?

    对于每一个x1,y1,x2,y2,我们只需要对数组b

    b[x1][y1]+=p;  b[x2+1][y2+1]+=p;
    
    b[x2+1][y1]-=p;  b[x1][y2+1]-=p;

    如果(x1,y1)为矩形左下角,(x2,y2)为矩形右下角,竖直向上为x正方向,水平向右为y正方向,那么大致为这样

    然后利用上面的公式做二维前缀和即可。 

    例题:Monitor(二维前缀和+差分)
    题解:https://www.cnblogs.com/jiamian/p/11524051.html

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/jiamian/p/11523152.html
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