现在的位置: 首页 > 综合 > 正文

算法摘记 树状数组

2018年01月19日 ⁄ 综合 ⁄ 共 1601字 ⁄ 字号 评论关闭

树状数组(Binary
Indexed Tree(BIT), Fenwick Tree)是一个查询和修改复杂度都为log(n)的数据结构。主要用于
查询任意两位之间的所有元素之和,但是每次只能修改一个元素的值;经过简单修改可以在log(n)的复杂度下进行范围修改,但是这时只能查询其中一个元素的值。

树状数组和线段树很像,但能用树状数组解决的问题,基本上都能用线段树解决,而线段树能解决的树状数组不一定能解决。相比较而言,树状数组效率要高很多。


据图可知: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,c9=a9,c10=a9+a10,c11=a11........c16=a1+a2+a3+a4+a5+.......+a16。
         分析上面的几组式子可知,当 i 为奇数时,ci=ai ;当 i 为偶数时,就要看 i 的因子中最多有二的多少次幂,
 

例如,6(110) 的因子中有 2 的一次幂,等于 2 ,所以 c6=a5+a6(由六向前数两个数的和),4(100)的因子中有
2 的两次幂,等于 4 ,所以 c4=a1+a2+a3+a4(由四向前数四个数的和)。

(一)有公式:cn=a(n-a^k+1)+.........+an

(其中 k 为 n 的二进制表示中从右往左数的 0 的个数,就是最后一个1的位置)。

例如,Lowbit(34)的返回值将是2;而Lowbit(12)返回4;Lowbit(8)返回8。

将34转为二进制,为0010 0010,这里的"最后一个1"指的是从2^0位往前数,见到的第一个1,也就是2^1位上的1.

程序上,((Not I)+1) And I表明了最后一位1的值,

仍然以34为例,Not 0010 0010的结果是 1101 1101(221),加一后为1101 1110(222), 把0010
0010与1101 1110作AND,得0000 0010(2)
.

 lowbit()的返回值就是 2^k 次方的值。

int lowbit(int x)
{
    return x&(-x);
}

         求出来 2^k 之后,数组 c 的值就都出来了,接下来我们要求数组中所有元素的和。

         (二)求数组的和的算法如下:
         (1)首先,令sum=0,转向第二步;
         (2)接下来判断,如果 n>0 的话,就令sum=sum+cn转向第三步,否则的话,终止算法,返回 sum 的值;
         (3)n=n - lowbit(n)(将n的二进制表示的最后一个零删掉),回第二步。

int Sum(int n)
{
    int sum=0;
    while(n>0)
    {
         sum+=c[n];
         n=n-lowbit(n);
    }    
    return sum;
}

(三)当数组中的元素有变更时,树状数组就发挥它的优势了,算法如下(修改为给某个节点 i 加上 x ):
         (1)当 i<=n 时,执行下一步;否则的话,算法结束;
         (2)ci=ci+x ,i=i+lowbit(i)(在 i 的二进制表示的最后加零),返回第一步。

void change(int i,int x)
{
     while(i<=n)
     {
          c[i]=c[i]+x;
          i=i+lowbit(i);
     }
}


(四)复杂度
初始化复杂度最优为O(N)
单次询问复杂度O(\log N),其中N为数组大小
单次修改复杂度O(\log N),其中N为数组大小

空间复杂度O(N)


附HDOJ 1892 二维的

void add(int x,int y,int d)//d是要增加的值
{
	int i,j;
	for(i=x;i<N;i+=(i&-i))
		for(j=y;j<N;j+=(j&-j)) 
			map[i][j]+=d;	
}

int sum(int x,int y)
{
	int i,j,ans=0;
	for(i=x;i>0;i-=(i&-i))
		for(j=y;j>0;j-=(j&-j))
			ans+=map[i][j];
	return ans;	
}

抱歉!评论已关闭.