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  • 回顾树状数组

      树状数组是一种常用的数据结构,能够在O(log2n)的时间内进行单点修改和求前缀和。因为代码量小、常熟小往往在某些应用中快于线段树(当然有些问题是不能呢用树状数组完成的)。

    最基本的树状数组

      方法1:用一个数组,O(1)修改, O(n)查询

      方法2:求前缀和,O(n)修改,O(1)查询

      以上两种方法卡一卡就TLE了。

      树状数组就平衡了一下这两种方法,修改的时候多修改一点,查询的时候多算一点。

      为了清楚地明白树状数组是如何运作的,我们实现定义 lowbit(x) 是写成2进制后的x中最后一位1。例如(10)10 = (1010)2,则lowbit(10) = (10)2 = (2)10.

      树状数组本质上就是一个长度为n的数组,但是它的每一个位置管辖另一些位置(就是它们的和),对于一个节点i,它的数据同时会被加在节点(i + lowbit(i))上。例如下面这幅图。

      至于计算这个lowbit通常是用这么一个快捷的方法:

    1 #define lowbit(x) ((x) & (-x))

      对于修改操作,就不断去更新管辖当前节点的节点,直到超出范围。

    1 inline void add(int idx, LL val) {
    2     for(; idx <= s; idx += lowbit(idx))
    3         a[idx] += val;
    4 }

      现在证明修改操作是O(log2n)的。

      1) 当 idx 写成2进制后,1的个数不为1时,每次 idx += lowbit(idx) 时,至少有1个1进位,显然至多log2idx次这样的操作idx写成二进制后就只有1个1了(1    的个数只会减少不会增加)

      2) 当 idx 写成2进制后,1的个数为1时,显然lowbit(idx) = idx,所以每次加倍,但是又不能超过n,最多进行log2n次这样的操作。

      所以修改操作的时间复杂度时O(log2n)。

      观察上面,可以发现一个有趣的结论,树状数组的一个节点i存的值,恰好是原数组中lowbit(i)个连续的元素和的和。

      所以求前缀和的操作,就向前依次去加它没有算到的原数组的数(不是暴力,是直接加树状数组中节点的值)

    1 inline LL getSum(int idx) {
    2     LL rt = 0;
    3     for(; idx; idx -= lowbit(idx))
    4         rt += a[idx];
    5     return rt;
    6 }

      对于求任意一段区间的和就前缀和减减就好了。

    各种乱搞的树状数组

    支持区间修改单点查询的树状数组

      这个似乎不是树状数组的本职工作,但还是可以做的。

      差分是一个离线的"算法"吧,能够支持O(1)修改,O(n)查询(但是只能在最后查询)。

      差分数组满足一个性质,就是位置i的前缀和是在它真正的值。(差分数组秋求前缀和后得到的是原数组)

      不懂差分数组的就看张图吧:

      (差分数组的前缀和就是原数组)

      既然差分数组能够快速地进行区间修改(本质上时单点修改),求单点是靠求前缀和实现。而树状数组支持单点修改和快速求前缀和,于是用树状数组维护差分数组就能快速做到单点查询和区间修改。

    支持区间修改区间查询的树状数组

      也许你认为线段树可以完成,但是对于这种水题不想出动线段树(懒得写),这时就可以考虑一下树状数组。

      树状数组可以优秀地利用差分来求单点,所以先考虑暴力用差分求前缀和(考虑差分数组每个位置被计算的次数)。

      

      这个还可以化简原式。然后发现这两个都可以用树状数组维护,然后对于任意区间减一减就好了。

    Code

      1 /**
      2  * Codevs
      3  * Problem#1082
      4  * Accepted
      5  * Time:430ms
      6  * Memory:11240k
      7  */
      8 #include <iostream>
      9 #include <cstdio>
     10 #include <ctime>
     11 #include <cmath>
     12 #include <cctype>
     13 #include <cstring>
     14 #include <cstdlib>
     15 #include <fstream>
     16 #include <sstream>
     17 #include <algorithm>
     18 #include <map>
     19 #include <set>
     20 #include <stack>
     21 #include <queue>
     22 #include <vector>
     23 #include <stack>
     24 #ifndef WIN32
     25 #define Auto "%lld"
     26 #else
     27 #define Auto "%I64d"
     28 #endif
     29 using namespace std;
     30 typedef bool boolean;
     31 const signed int inf = (signed)((1u << 31) - 1);
     32 const signed long long llf = (signed long long)((1ull << 63) - 1);
     33 const double eps = 1e-6;
     34 const int binary_limit = 128;
     35 #define smin(a, b) a = min(a, b)
     36 #define smax(a, b) a = max(a, b)
     37 #define max3(a, b, c) max(a, max(b, c))
     38 #define min3(a, b, c) min(a, min(b, c))
     39 template<typename T>
     40 inline boolean readInteger(T& u){
     41     char x;
     42     int aFlag = 1;
     43     while(!isdigit((x = getchar())) && x != '-' && x != -1);
     44     if(x == -1) {
     45         ungetc(x, stdin);    
     46         return false;
     47     }
     48     if(x == '-'){
     49         x = getchar();
     50         aFlag = -1;
     51     }
     52     for(u = x - '0'; isdigit((x = getchar())); u = (u * 10) + x - '0');
     53     ungetc(x, stdin);
     54     u *= aFlag;
     55     return true;
     56 }
     57 
     58 #define LL long long
     59 #define lowbit(x) (x & (-x))
     60 
     61 typedef class IndexedTree {
     62     public:
     63         LL* a;
     64         int s;
     65         IndexedTree():a(NULL), s(0) {        }
     66         IndexedTree(int n):s(n) {
     67             a = new LL[(n + 1)];
     68             memset(a, 0, sizeof(LL) * (n + 1));
     69         }
     70         
     71         inline void add(int idx, LL val) {
     72             for(; idx <= s; idx += lowbit(idx))
     73                 a[idx] += val;
     74         }
     75         
     76         inline LL getSum(int idx) {
     77             LL rt = 0;
     78             for(; idx; idx -= lowbit(idx))
     79                 rt += a[idx];
     80             return rt;
     81         }
     82 }IndexedTree;
     83 
     84 typedef class SegmentableIndexedTree {
     85     public:
     86         LL *a;
     87         LL *ps;                    // prefix sum
     88         IndexedTree s;            // sum
     89         IndexedTree us;            // unique sum
     90         
     91         SegmentableIndexedTree():a(NULL) {        }
     92         SegmentableIndexedTree(int n, LL *a):a(a) {
     93             s = IndexedTree(n + 1);
     94             us = IndexedTree(n + 1);
     95             ps = new LL[(n + 1)];
     96             ps[0] = 0;
     97             for(int i = 1; i <= n; i++)
     98                 ps[i] = ps[i - 1] + a[i];
     99         }
    100         
    101         inline void add(int l, int r, LL val) {
    102             s.add(l, val), us.add(l, l * val);
    103             s.add(r + 1, -val), us.add(r + 1, -(r + 1) * val);
    104         }
    105         
    106         inline LL getSum(int idx) {
    107             return (idx + 1) * s.getSum(idx) - us.getSum(idx);
    108         }
    109         
    110         inline LL getSum(int l, int r) {
    111             return ps[r] - ps[l - 1] + getSum(r) - getSum(l - 1);
    112         }
    113 }SegmentableIndexedTree;
    114 
    115 int n, m;
    116 LL *a;
    117 SegmentableIndexedTree sit;
    118 
    119 inline void init() {
    120     readInteger(n);
    121     a = new LL[(n + 1)];
    122     for(int i = 1; i <= n; i++)
    123         readInteger(a[i]);
    124 }
    125 
    126 inline void solve() {
    127     int opt, l, r, x;
    128     sit = SegmentableIndexedTree(n, a);
    129     readInteger(m);
    130     while(m--) {
    131         readInteger(opt);
    132         readInteger(l);
    133         readInteger(r);
    134         if(opt == 1) {
    135             readInteger(x);
    136             sit.add(l, r, x);
    137         } else {
    138             printf(Auto"
    ", sit.getSum(l, r));
    139         }
    140     }
    141 }
    142 
    143 int main() {
    144     init();
    145     solve();
    146     return 0;
    147 }
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/yyf0309/p/7210538.html
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