樹狀陣列 入門

2021-05-23 06:50:11 字數 1415 閱讀 5832

樹狀陣列,乙個用來區間求和修改都為log(n)的演算法。在網上資料很多,看起來也不是很難,學習一下!

基本上學習樹狀陣列都會看到下面這個圖,這也是最基本的乙個圖,看懂這個以後,對樹狀陣列也就會有

一定的了解了。

令這棵樹的結點編號為c1,c2...cn。令每個結點的值為這棵子樹的值的總和,那麼容易發現:

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

設節點編號為x,那麼這個節點管轄的區間為2^k(其中k為x二進位制末尾0的個數)個元素。因為這個區間最後乙個元素必然為ax,

所以很明顯:cn = a(n – 2^k + 1) + ... + an

算這個2^k有乙個快捷的辦法,定義乙個函式如下即可:

int lowbit(int x)

return x&(x^(x–1));

當想要查詢乙個sum(n)(求a[n]的和),可以依據如下演算法即可:

step1: 令sum = 0,轉第二步;

step2: 假如n <= 0,演算法結束,返回sum值,否則sum = sum + cn,轉第三步;

step3: 令n = n – lowbit(n),轉第二步。

可以看出,這個演算法就是將這乙個個區間的和全部加起來,為什麼是效率是log(n)的呢?以下給出證明:

n = n – lowbit(n)這一步實際上等價於將n的二進位制的最後乙個1減去。而n的二進位制裡最多有log(n)個1,所以查詢效率是log(n)的。

那麼修改呢,修改乙個節點,必須修改其所有祖先,最壞情況下為修改第乙個元素,最多有log(n)的祖先。

所以修改演算法如下(給某個結點i加上x):

step1: 當i > n時,演算法結束,否則轉第二步;

step2: ci = ci + x, i = i + lowbit(i)轉第一步。

i = i +lowbit(i)這個過程實際上也只是乙個把末尾1補為0的過程。

對於陣列求和來說樹狀陣列簡直太快了!

實現**:

樹狀陣列是乙個很高效的進行區間統計的資料結構,在思想上類似於線段樹,相比的話,空間複雜度低,程式設計複雜度低,可擴張到多維。但缺點是適用範圍小。

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