简单介绍下 树状数组 :
树状数组是一个查询和修改复杂度都为log(n)的数据结构,假设数组a[1...n],那么查询a[1] + …… + a[i] 的时间是log级别的,而且是一个在线的数据结构,支持随时修改某个元素的值,复杂度也为log级别。
来观察一下这个图:
令这棵树的结点编号为C1,C2……Cn。令每个结点的值为这棵树的值的总和,那么容易发现:
C1 = A1
C2 = A1 + A2
C3 = A3
C4 = A1 + A2 + A3 + A4
C5 = A5
C6 = A5 + A6
C7 = A7
C8 = A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 + A7 + A8
……
C16 = A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 + A7 + A8 + A9 + A10 + A11 + A12 + A13 + A14 + A15 + A16
这里有一个有趣的性质,下午推了一下发现:
设节点编号为x,那么这个节点管辖的区间为2^k(其中k为x二进制末尾0的个数)个元素。因为这个区间最后一个元素必然为Ax,所以很明显:
Cn = A(n – 2^k + 1) + …… + An
算这个2^k有一个快捷的办法,定义一个函数如下即可:
int lowbit(int x){
return x & (x ^ (x – 1));
}
当想要查询一个SUM(n)时,可以依据如下算法即可:
step1: 令sum = 0,转第二步;
step2: 假如n <= 0,算法结束,返回sum值,否则sum = sum + Cn,转第三步;
step3: 令n = n – lowbit(n),转第二步。
可以看出,这个算法就是将这一个个区间的和全部加起来,为什么是效率是log(n)的呢?以下给出证明:
n = n – lowbit(n)这一步实际上等价于将n的二进制的最后一个1减去。而n的二进制里最多有log(n)个1,所以查询效率是log(n)的。
那么修改呢,修改一个节点,必须修改其所有祖先,最坏情况下为修改第一个元素,最多有log(n)的祖先。所以修改算法如下(给某个结点i加上x):
step1: 当i > n时,算法结束,否则转第二步;
step2: Ci = Ci + x, i = i + lowbit(i)转第一步。
i = i +lowbit(i)这个过程实际上也只是一个把末尾1补为0的过程。
//修改过程必须满足减法规则!
所以整个程序如下:
const int MAX = 50000;
#define lowbit(x) ((x)&(-x))
int com[ MAX + 1 ],N,T;
void modify ( int pos, int val ){
while ( pos <= N ){
com[pos] += val;
pos = pos + lowbit(pos);
}
}
int quy ( int x ){
int sum = 0;
while ( x > 0 ){
sum = sum + com[x];
x = x - lowbit(x);
}
return sum;
}
初始化 : for ( int i = 1; i <= N; ++ i ){
scanf ( "%d",&x );
modify ( i, x );
}
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| 1. 首先我们得知道一个问题,那就是线段树得作用并
不只是用来存储线段的,也可以存储点的值等等.
| 2. 对于静态的线段树,空间上需要的数组有:当前结点
的数据值,左儿子编号,右儿子编号.至少这么三个数组
3. | 而在时间上虽然是NlogN的复杂度,但是系数很大.|
4. 实现起来的时候编程复杂度大,空间复杂度大,时间
效率也不是很理想.
所以这个时候树状数组成了一个很好的选择.
给定一个初始值都为0的序列,动态地修改一些
位置上的数字,加上一个数,减去一个数,或者乘上
一个数,然后动态地提出问题,问题的形式是求出
一段数字的和.
如果直接用朴素方法做的话,修改的复杂度是O(1),
询问的复杂度是O(N),M次询问的复杂度是M*N.
M,N的范围可以有100000以上!!!!
有没有更好的方法???
呵呵, 肯定有啦, 就是我要说的树状数组!!!
具体的树状数组的解释请看上面, 那么这个2k怎么求? 是怎么
来的?
K的计算可以这样:
|2k=x and (x & (x-1))
|以6为例
| (6)10=(0110)2
|xor 6-1=(5)10=(0101)2
| (0011)2
|and (6)10=(0110)2
| (0010)2
所以:
由数字的机器码可以更简单的优化成: x & (-x)
对于上面那一题,每次修改与询问都是对C数组做处理.
空间复杂度有3N降为N,时间效率也有所提高.编程复杂
度更是降了不少.