树状数组专题

news2024/11/28 2:48:23

折叠

在这里插入图片描述
区间修改,区间查询,这一类题通常都可以使用线段树解决,但对于此题,树状数组同样可以,而且常数较小,代码简单。
思路:
考虑使用树状数组去维护差分数组,即对于 a i a_i ai,我们使用树状数组去维护 ∣ a i − a i − 1 ∣ |a_i-a_{i-1}| aiai1的值。
对于修改,我们对一段区间进行修改的时候,能对结果产生影响的只有左右端点,因为绝对值之差相互抵消了。
所以我们考虑修改时,端点的影响即可。
对于 a l a_l al,若 a l − 1 ≤ a l a_{l-1}\leq a_l al1al,那么我们在对 a l a_l al进行加一后,我们会发现, ∣ a l − a l − 1 ∣ |a_l-a_{l-1}| alal1的值同样会加一,所以我们正常给 a l a_l al加一即可。
反之, a l − 1 > a l a_{l-1}>a_{l} al1>al,那么在给 a l a_l al加一的时候, ∣ a l − a l − 1 ∣ |a_l-a_{l-1}| alal1的值会减小,所以此时我们需要给该值减一。
对于 r , r + 1 r,r+1 r,r+1位置的分析同理。
同时,又因为查询需要输出 a l a_l al的值,所以我们再开一个树状数组去单独维护每个值的大小即可。

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;
const int N = 2e5 + 5;
typedef long long ll;
typedef pair<ll, ll> pll;
typedef array<ll, 3> p3;
int mod = 1e9+7;
const int maxv = 4e6 + 5;
// #define endl "\n"

struct MIT
{
ll tr[N];
int lowbit(int x) {
    return x & (-x);
}

void add(int u, int v) {
    for (int i = u; i < N; i += lowbit(i)) {
        tr[i] += v;
    }
}

ll query(int x) {
    ll res = 0;

    for (int i = x; i > 0; i -= lowbit(i)) {
        res += tr[i];
    }

    return res;
}
};

MIT t1,t2;

void solve()
{
	int n,q;
	cin>>n>>q;
	vector<int> a(n+5);
	for(int i=1;i<=n;i++){
		cin>>a[i];
		t1.add(i,a[i]-a[i-1]);
		t2.add(i,abs(a[i]-a[i-1]));
	}
	while(q--){
		int op,l,r;
		cin>>op>>l>>r;
		if(op==1){
			cout<<t1.query(l)+t2.query(r)-t2.query(l)<<endl;
		}
		else{
			ll c1=t1.query(l-1),c2=t1.query(l);
			if(c2-c1>=0) t2.add(l,1);
			else t2.add(l,-1);
			c1=t1.query(r),c2=t1.query(r+1);
			if(c2-c1>0) t2.add(r+1,-1);
			else t2.add(r+1,1);
			t1.add(l,1),t1.add(r+1,-1);
		}
	}
}

int main()
{
    ios::sync_with_stdio(0);
	cin.tie(0);
	cout.tie(0);
	int t;
	t=1;
	//cin>>t;

	while(t--){
		solve();
	}
   	system("pause");
    return 0;
}

Mex and Update

问题陈述

给你一个长度为 N N N 的序列 A = ( A 1 , A 2 , … , A N ) A=(A_1,A_2,\dots,A_N) A=(A1,A2,,AN)
请按给出的顺序回答下列 Q Q Q 个问题。

k k k个查询按以下格式给出:

  • 首先,将 A i k A_{i_k} Aik改为 x k x_k xk。这一改动将带入后续查询。
  • 然后,打印 A A A m e x \rm{mex} mex
    • A A A m e x \rm{mex} mex是不包含在 A A A中的最小非负整数。

可以说一道典题,收获不小。有两种思路:第一种就是set,第二种就是树状数组,两种方法接下来都会介绍。

set做法
我们使用set去记录序列中没有出现过的数,那么这样对于每次查询而言,我们输出set的第一个元素即可。同时,我们使用 c n t cnt cnt数组去维护每个数在序列中的出现次数,然后每次修改时去 c n t cnt cnt数组中对应删除或是添加。
对于删除操作,若该元素删去一次后变为 0 ,即代表这个数不存在于序列中了,所以需要放入 set ;
对于添加操作,若该元素添加后次数变为1,即代表该数第一次出现在序列中(即之前不存在于序列中,存在于set中),所以此时需要把这个数从set中删除即可。
时间复杂度: q l o g n qlogn qlogn

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;
const int N = 2e5 + 5;
typedef long long ll;
typedef pair<ll, ll> pll;
typedef array<ll, 3> p3;
int mod = 1e9+7;
const int maxv = 4e6 + 5;
// #define endl "\n"



void solve()
{
	int n,q;
	cin>>n>>q;
	set<int> s;
	map<int,int >mp;//不使用map,使用正常数组即可。
	vector<int> a(n+5);
	for(int i=1;i<=n;i++){
		cin>>a[i];
		mp[a[i]]++;
	}
	for(int i=0;i<=n;i++){
		if(!mp.count(i)) s.insert(i);
	}
	while(q--){
		int id,x;
		cin>>id>>x;
		if(mp[a[id]]){
			mp[a[id]]--;
			mp[x]++;
			if(mp[x]==1) s.erase(x);
			if(mp[a[id]]==0){
				s.insert(a[id]);
			}
			a[id]=x;
		}
		cout<<*s.begin()<<endl;
	}
	

}

int main()
{
    ios::sync_with_stdio(0);
	cin.tie(0);
	cout.tie(0);
	int t;
	t=1;
	//cin>>t;
	while(t--){
		solve();
	}
   	system("pause");
    return 0;
}

树状数组
思路:我们考虑将每个元素放入树状数组中,即将值域映射到下标,通过0/1去判断这个数是否存在。经过上述操作后,我们对于mex的判断为:因为树状数组返回的是 1 − i 1-i 1i的前缀和,即对于第 i 个数,我们可以知道前面有多少个比 i 小的数,那么我们可以在树状数组上进行二分(前缀和保证了单调性),找到第一个下标大于其对应值的地方,即为mex。
时间复杂度: q × ( l o g n ) 2 q\times(logn)^2 q×(logn)2
细节有点多,具体看代码注释。

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;
const int N = 4e5 + 5;
typedef long long ll;
typedef pair<ll, ll> pll;
typedef array<ll, 3> p3;
int mod = 1e9+7;
const int maxv = 4e6 + 5;
// #define endl "\n"

int n,q;

vector<int> a(N),b(N);

struct MIT
{
ll tr[N];
int lowbit(int x) {
    return x & (-x);
}

void add(int u, int v) {
    for (int i = u; i < N; i += lowbit(i)) {
        tr[i] += v;
    }
}

ll query(int x) {
    ll res = 0;

    for (int i = x; i > 0; i -= lowbit(i)) {
        res += tr[i];
    }

    return res;
}
};
MIT c;

int cal()//树状数组二分过程
{
	int l=1,r=n+1,ans=0;
	while(l<=r){
		int mid=(l+r)/2;
		if(c.query(mid)==mid){
			ans=mid;
			l=mid+1;
		}
		else r=mid-1;
	}
	return ans;
}

void solve()
{
	cin>>n>>q;
	for(int i=1;i<=n;i++) cin>>a[i],a[i]++;//把每个元素加1,因为树状数组不能为0
	for(int i=1;i<=n;i++){
		if(a[i]<=n+1){//如果当前数大于n,那么放入树状数组就没有意义了,因为mex只能为0-n之间
			if(b[a[i]]==0){//如果这个数没有出现过,我们就进行添加
				c.add(a[i],1);
			}
			b[a[i]]++;//记录该数的出现次数
		}
	}
	while(q--){
		ll id,x;
		cin>>id>>x;
		x++;
		if(a[id]<=n+1){//同理
			if(b[a[id]]==1) c.add(a[id],-1);
			//如果当前数的次数为1,即删一次为0,即我们修改后这个数不存在了,所以就需要把这个数从树状数组中删除
			b[a[id]]--;
		}
		if(x<=n+1){//同理
			if(b[x]==0) c.add(x,1);
			b[x]++;
		}
		a[id]=x;//把当前数的值修改为x
		cout<<cal()<<endl;
	}
	

}

int main()
{
    ios::sync_with_stdio(0);
	cin.tie(0);
	cout.tie(0);
	int t;
	t=1;
	//cin>>t;
	while(t--){
		solve();
	}
   	system("pause");
    return 0;
}

由于set的做法写的不是很好,导致set的运行时间比树状数组还长…

大风起兮

在这里插入图片描述
简化一下题意,给定一个数组,有 q q q次操作,每次操作选择一个编号为 x x x的元素删除,要求输出每次操作的中位数。

思路
考虑树状数组在这题中如何进行应用,我们同样把值域映射到下标,去统计对于第 i 个数,其前面有多少个比他小的数。然后运用二分去找值为 n / 2 n/2 n/2的下标即为所求。

因为值域很大所以需要进行离散化。

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;
const int N = 2e5 + 5;
typedef long long ll;
typedef pair<ll, ll> pll;
typedef array<ll, 3> p3;
int mod = 1e9+7;
const int maxv = 4e6 + 5;
// #define endl "\n"

struct MIT
{
ll tr[N];
int lowbit(int x) {
    return x & (-x);
}

void add(int u, int v) {
    for (int i = u; i < N; i += lowbit(i)) {
        tr[i] += v;
    }
}

ll query(int x) {
    ll res = 0;

    for (int i = x; i > 0; i -= lowbit(i)) {
        res += tr[i];
    }

    return res;
}
};

int n,q;
int a[N];
MIT tr;

int cal(int x)
{
	int l=1,r=N,ans=0;
	while(l<=r){
		int mid=(l+r)/2;
		if(tr.query(mid)>=x){
			r=mid-1;
			ans=mid;
		}
		else l=mid+1;
	}
	return ans;
}

void solve()
{
	cin>>n;
	vector<int> b;
	for(int i=1;i<=n;i++){
		scanf("%d",&a[i]);
		b.push_back(a[i]);
	}
	b.push_back(0);
	sort(b.begin(),b.end());
	b.erase(unique(b.begin(),b.end()),b.end());//离散化不多说了
	for(int i=1;i<=n;i++){
		int t=lower_bound(b.begin(),b.end(),a[i])-b.begin();
		a[i]=t;
		tr.add(t,1);
	}
	int q;
	cin>>q;
	while(q--){
		int x;
		cin>>x;
		x=a[x];
		tr.add(x,-1);
		n--;
		if(n%2==0){
			double ans=(b[cal(n/2)]+b[cal(n/2+1)])*1.0/2;
			printf("%.1lf ",ans);
		}
		else{
			double ans=b[cal((n+1)/2)]*1.0;
			printf("%.1lf ",ans);
		}
	}
	//cout<<endl;
}

int main()
{
	int t;
	t=1;
	while(t--){
		solve();
	}
   	//system("pause");
    return 0;
}

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