树状数组与线段树<2>——线段树初步

这个系列终于更新了(主要因为树状数组初步比较成功)

话不多说,切入正题。

什么是线段树?

线段树是一种支持单点修改区间查询(树状数组也行) and 区间修改单点查询(树状数组不行) and 区间修改区间查询(树状数组更不行)的高级数据结构,相当于树状数组plus版。

——该图片来自百度百科

建树

我们先来看看怎么建树。线段树其实就是一个二叉树,每个人结点管辖一个区间。所以,我们开始可以建树了。左孩子有孩子分别递归一下,tree_{i}.sum=tree_{i*2}.sum+tree_{i*2+1}.sum

void build(int idx,int l,int r){
    tree[idx].l=l;
	tree[idx].r=r;
    if(l==r){//如果这个节点是叶子节点
        tree[i].sum=a[l];
        return;
    }
    int mid=(l+r)>>1;
    build(idx*2,l,mid);//分别构造左子树和右子树
    build(idx*2+1,mid+1,r);
    tree[idx].sum=tree[idx*2].sum+tree[idx*2+1].sum;
}

顺便多一嘴,线段树一般开4倍空间(除非你动态开点),但下面也有提及。

单点修改 区间查询

→单点修改

这个不难,直接向下递归就完事儿了。返回时按tree_{i}.sum=tree_{i*2}.sum+tree_{i*2+1}.sum做就可以了。

void modify(int idx,int k,int x){
    if(tree[idx].l==tree[idx].r){//找到了
        tree[idx].sum+=x;
        return;
    }
    if(k<=tree[idx*2].r)
		modify(idx*2,k,x);
    else
		modify(idx*2+1,k,x);
    tree[idx].sum=tree[idx*2].sum+tree[idx*2+1].sum;//返回更新
    return;
}

→区间查询

接下来我们看看如何区间查询。我们其实就找我们来看看哪些区间被目标区间包含了。所以,从根节点开始往下递归,如果当前结点是被要查询的区间包含了,则返回这个结点的信息,时间复杂度为\Theta (logn)

int query(int idx,int l,int r){
    if(tree[i].l>=l && tree[i].r<=r)//如果区间被包括在目标区间里面,直接返回
        return tree[i].sum;
    if(tree[i].r<l || tree[i].l>r)//八竿子打不着
        return 0;
    int res=0;
    if(tree[idx*2].r>=l)
        res+=query(idx*2,l,r);//左端点和目标区间有交集,搜左子树
    if(tree[idx*2+1].l<=r)
        res+=query(idx*2+1,l,r);//搜右子树
    return res;
}

区间修改 单点查询

区间修改的话,就把这个区间加上一个k的标记 ,单点查询的时候,就从上跑到下,把沿路的标记加起来就好。

→区间修改

void modify(int idx,int l,int r,int k) {
	if(tree[idx].l>=l && tree[idx].r<=r){
		tree[idx].tag+=k;
		return;
	}
	int mid=(tree[idx].l+tree[idx].r)>>1;
	if(l<=mid)
		modify(idx*2,l,r,k);
	if(r>mid)
		modify(idx*2+1,l,r,k);
}

→单点查询

void query(int pos,int x){
	int res+=tree[pos].tag;
	if(tree[pos].l==tree[pos].r)
		return res;
	int mid=(tree[pos].l+tree[pos].r)>>1;
	if(x<=mid)
		query(pos<<1,x);
	else	
		query(pos<<1|1,x); 
}

到这,你就可以去做洛谷P3368了。今天元宵节,我就不给你们挖坑了(其实是懒)。

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int maxn=500005;
int ans;
int a[maxn];	
struct node{
	int l,r;
	int num;
}tr[maxn*4];//线段树开四倍空间 
void build(int p,int l,int r){
	tr[p]={l,r,0};
	if(l==r){
		tr[p].num=a[l];
		return ;
	}
	int mid=(l+r)>>1;
	build(p<<1,l,mid);
	build(p<<1|1,mid+1,r);
}	
void modify(int p,int l,int r,int k){
	if(tr[p].l>=l && tr[p].r<=r){
		tr[p].num+=k;
		return;
	}
	int mid=(tr[p].l+tr[p].r)>>1;
	if(l<=mid)
		modify(p<<1,l,r,k);
	if(r>mid)
		modify(p<<1|1,l,r,k);
}
void query(int p,int x){
	ans+=tr[p].num;
	if(tr[p].l==tr[p].r)
		return;
	int mid=(tr[p].l+tr[p].r)>>1;
	if(x<=mid)
		query(p<<1,x);
	else
		query(p<<1|1,x); 
}
int main(){
	int n,m;
	cin>>n>>m;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	    cin>>a[i];
	build(1,1,n);
    for(int i=1;i<=m;i++){
        int op;
        cin>>op;
        if(op==1){
            int x,y,k;
            cin>>x>>y>>k;
            modify(1,x,y,k);
        }
        else{
            ans=0;
            int x;
            cin>>x;
            query(1,x);
            cout<<ans<<endl;
        }
    }
	return 0
}

还是没忍住,挖了一个坑,你们自己找吧ψ(`∇´)ψ

区间查询 区间修改(懒标记lazy tag)

读完这个,你才能说你会线段树。

当然,这个可以说是最难的一个part了。你可能会说把前面的代码直接拉来用不就结束了吗,但用不了多久你就会发现这个想法非常"智慧"。

那老办法行不通了,有什么新办法吗?当然有!它就是懒标记。懒标记是怎么个回事呢?还是刚刚

那张图。

比如我们要给[1,5]每一个加一,那么向下递归时,可以先不直接操作,而是将管辖那个区间的"领导"的值加上1*5。当然递归回去的时候不要忘记更新上面的结点。(不要问我为什么一定要这么干,因为我也不知道)

先看一下修改的代码。

void modify(int idx,int l,int r,int k){
    if(tree[idx].r<=r && tree[idx].l>=l){
        tree[idx].sum+=k*(tree[idx].r-tree[idx].l+1);
        tree[idx].lazy+=k;//记录lazytag
        return;
    }
    push_down(idx);//向下传递
    if(tree[idx*2].r>=l)
        modify(idx*2,l,r,k);
    if(tree[idx*2+1].l<=r)
        modify(idx*2+1,l,r,k);
    tree[idx].sum=tree[idx*2].sum+tree[idx*2+1].sum;
    return;
}

这个是push_down的代码↓

void push_down(int idx){//清空lazytag 
    if(tree[idx].lazy!=0){
        tree[idx*2].lazy+=tree[idx].lazy;
        tree[idx*2+1].lazy+=tree[idx].lazy;
        int mid=(tree[idx].l+tree[idx].r)/2;
        tree[idx*2].sum+=tree[idx].lazy*(mid-tree[idx*2].l+1);
        tree[idx*2+1].sum+=tree[idx].lazy*(tree[idx*2+1].r-mid);
        tree[idx].lazy=0;//归零
    }
    return;
}

那查询呢?一样。只要没有被完全包含在目标区间里就push_down,下放懒标记。并让每个区间加上(r-l) \times lazy

int query(int i,int l,int r){
    if(tree[i].l>=l && tree[i].r<=r)
        return tree[i].sum;
    if(tree[i].r<l || tree[i].l>r)
		return 0;
    push_down(i);
    int res=0;
    if(tree[i*2].r>=l)
		res+=query(i*2,l,r);
    if(tree[i*2+1].l<=r)
		res+=query(i*2+1,l,r);
    return res;
}

ok,以上就是本期的全部内容。如果有什么问题,请在评论区指正。我们下期再见!

友情提醒:洛谷P3368的代码有问题,请不要无脑Ctrl C+Ctrl V

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