樹(shù)狀數(shù)組在區(qū)間求和問(wèn)題上有大用,其三種復(fù)雜度都比線段樹(shù)要低很多……有關(guān)區(qū)間求和的問(wèn)題主要有以下三個(gè)模型(以下設(shè)A[1..N]為一個(gè)長(zhǎng)為N的序列,初始值為全0):
(1)“改點(diǎn)求段”型,即對(duì)于序列A有以下操作:
【1】修改操作:將A[x]的值加上c;
【2】求和操作:求此時(shí)A[l..r]的和。
這是最容易的模型,不需要任何輔助數(shù)組。樹(shù)狀數(shù)組中從x開(kāi)始不斷減lowbit(x)(即x&(-x))可以得到整個(gè)[1..x]的和,而從x開(kāi)始不斷加lowbit(x)則可以得到x的所有前趨。代碼:
void ADD(int x, int c)
{
for (int i=x; i<=n; i+=i&(-i)) a[i] += c;
}
int SUM(int x)
{
int s = 0;
for (int i=x; i>0; i-=i&(-i)) s += a[i];
return s;
}
操作【1】:ADD(x, c);
操作【2】:SUM(r)-SUM(l-1)。
(2)“改段求點(diǎn)”型,即對(duì)于序列A有以下操作:
【1】修改操作:將A[l..r]之間的全部元素值加上c;
【2】求和操作:求此時(shí)A[x]的值。
這個(gè)模型中需要設(shè)置一個(gè)輔助數(shù)組B:B[i]表示A[1..i]到目前為止共被整體加了多少(或者可以說(shuō)成,到目前為止的所有ADD(i, c)操作中c的總和)。
則可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于之前的所有ADD(x, c)操作,當(dāng)且僅當(dāng)x>=i時(shí),該操作會(huì)對(duì)A[i]的值造成影響(將A[i]加上c),又由于初始A[i]=0,所以有A[i] = B[i..N]之和!而ADD(i, c)(將A[1..i]整體加上c),將B[i]加上c即可——只要對(duì)B數(shù)組進(jìn)行操作就行了。
這樣就把該模型轉(zhuǎn)化成了“改點(diǎn)求段”型,只是有一點(diǎn)不同的是,SUM(x)不是求B[1..x]的和而是求B[x..N]的和,此時(shí)只需把ADD和SUM中的增減次序?qū)φ{(diào)即可(模型1中是ADD加SUM減,這里是ADD減SUM加)。代碼:
void ADD(int x, int c)
{
for (int i=x; i>0; i-=i&(-i)) b[i] += c;
}
int SUM(int x)
{
int s = 0;
for (int i=x; i<=n; i+=i&(-i)) s += b[i];
return s;
}
操作【1】:ADD(l-1, -c); ADD(r, c);
操作【2】:SUM(x)。
(3)“改段求段”型,即對(duì)于序列A有以下操作:
【1】修改操作:將A[l..r]之間的全部元素值加上c;
【2】求和操作:求此時(shí)A[l..r]的和。
這是最復(fù)雜的模型,需要兩個(gè)輔助數(shù)組:B[i]表示A[1..i]到目前為止共被整體加了多少(和模型2中的一樣),C[i]表示A[1..i]到目前為止共被整體加了多少的總和(或者說(shuō),C[i]=B[i]*i)。
對(duì)于ADD(x, c),只要將B[x]加上c,同時(shí)C[x]加上c*x即可(根據(jù)C[x]和B[x]間的關(guān)系可得);
而ADD(x, c)操作是這樣影響A[1..i]的和的:若x<i,則會(huì)將A[1..i]的和加上x(chóng)*c,否則(x>=i)會(huì)將A[1..i]的和加上i*c。也就是,A[1..i]之和 = B[i..N]之和 * i + C[1..i-1]之和。
這樣對(duì)于B和C兩個(gè)數(shù)組而言就變成了“改點(diǎn)求段”(不過(guò)B是求后綴和而C是求前綴和)。
另外,該模型中需要特別注意越界問(wèn)題,即x=0時(shí)不能執(zhí)行SUM_B操作和ADD_C操作!代碼:
void ADD_B(int x, int c)
{
for (int i=x; i>0; i-=i&(-i)) B[i] += c;
}
void ADD_C(int x, int c)
{
for (int i=x; i<=n; i+=i&(-i)) C[i] += x * c;
}
int SUM_B(int x)
{
int s = 0;
for (int i=x; i<=n; i+=i&(-i)) s += B[i];
return s;
}
int SUM_C(int x)
{
int s = 0;
for (int i=x; i>0; i-=i&(-i)) s += C[i];
return s;
}
inline int SUM(int x)
{
if (x) return SUM_B(x) * x + SUM_C(x - 1); else return 0;
}
操作【1】:
ADD_B(r, c); ADD_C(r, c);
if (l > 1) {ADD_B(l - 1, -c); ADD_C(l - 1, -c);}
操作【2】:SUM(r) - SUM(l - 1)。