线段树基本原理和操作

news2024/12/23 19:01:18

线段树的一些基本操作和原理:

由二分的思想而来,一段区间划分,实现大量数据的查询删除O(log(n))
在这里插入图片描述
线段树(英语:Segment tree)是一种二叉树形数据结构,1977年由Jon Louis Bentley发明,用以存储区间或线段,并且允许快速查询结构内包含某一点的所有区间。


基本操作:

  1. 构建线段树

    struct node
    {
        int l,r,w,f;
    }tree[401];//四倍空间才够
    int n,p,a,b,m,x,y,ans;
    void build(int l,int r,int k)//l~r的区间,从k开始
    {
        tree[k].l=l;tree[k].r=r;
        if(l==r){cin>>tree[k].w;return;}//到达最后一层就输入数据
        int m=l+r>>1;//否则进行二分划分区间
        build(l,m,k*2);build(m+1,r,k*2+1);//左建右建
        tree[k].w=tree[k*2].w+tree[k*2+1].w;//状态合并
    }
    //就是不断递归建立线段树
    

  1. 单点查询

    void ask(int k)//单点查询
    {
        if(tree[k].l==tree[k].r){ans=tree[k].w;return;}//当前结点的左右端点相等,是叶子节点,是最终答案 
        //否则二分查找区间
        int m=(tree[k].l+tree[k].r)/2;//目标位置比中点靠左,就递归左孩子
        if(x<=m)ask(k*2);else ask(k*2+1);//否则递归右孩子
    }
    

  1. 单点修改

    //结合单点查询的原理,找到x的位置;根据建树状态合并的原理,修改每个结点的状态
    void add(int k)
    {
        if(tree[k].l==tree[k].r)//找到目标位置 
        {tree[k].w+=y; return;}
        int m=(tree[k].l+tree[k].r)/2;
        if(x<=m) add(k*2);
        else add(k*2+1);
        tree[k].w=tree[k*2].w+tree[k*2+1].w;//所有包含结点k的结点状态更新 
    }
    

  1. 区间查询

    void sum(int k)
    {
        if(tree[k].l>=x&&tree[k].r<=y) 
        {
            ans+=tree[k].w;
            return;
        }//包含了直接加上
        int m=(tree[k].l+tree[k].r)/2;
        if(x<=m) sum(k*2);//左孩子
        if(y>m) sum(k*2+1);//右孩子
    }
    

  1. 区间修改(利用lazy标记法)

    void down(int k)
    {
        tree[k*2].f+=tree[k].f;
        tree[k*2+1].f+=tree[k].f;
        tree[k*2].w+=tree[k].f*(tree[k*2].r-tree[k*2].l+1);
        tree[k*2+1].w+=tree[k].f*(tree[k*2+1].r-tree[k*2+1].l+1);
        tree[k].f=0;
    }//下传操作
    void add(int k)
    {
        if(tree[k].l>=a&&tree[k].r<=b)//当前区间全部对要修改的区间有用 
        {
            tree[k].w+=(tree[k].r-tree[k].l+1)*x;//(r-1)+1区间点的总数
            tree[k].f+=x;
            return;
        }
        if(tree[k].f) down(k);//懒标记下传。只有不满足上面的if条件才执行,所以一定会用到当前节点的子节点 
        int m=(tree[k].l+tree[k].r)/2;
        if(a<=m) add(k*2);
        if(b>m) add(k*2+1);
        tree[k].w=tree[k*2].w+tree[k*2+1].w;//更改区间状态 
    }
    

参考链接:浅谈线段树

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