POJ 1195 Mobile phones

树状数组第一题,上来就是二维树状数组,这是逼着我用树状数组做啊,二维线段树不会写啊~~


题目大意:

给定矩阵大小,可以更新矩阵中的某些数,要求输出某个范围内的所有数之和。


解题思路:

二维树状数组可解。

一维树状数组讲解:点击打开

二维树状数组只是在更新方式上稍作改变。

在数组长度为n的树状数组中:

寻找下一个需要添加的数的下标:

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


一维树状数组更新是这样的:

void add(int x,int val)
{
    for(;x<=n;x+=lowbit(x))
    {
        num[x]+=val;
    }
}

二维树状数组更新是这样的:

void  add(int x,int y,int val)
{
    for(int i=x;i<=s;i+=lowbit(i))
    {
        for(int j=y;j<=s;j+=lowbit(j))
        {
            num[i][j]+=val;
        }
    }
}


一维树状数组查询是这样的:

int query(int x)
{
    int ans=0;
    for(;x>0;x-=lowbit(x))
    {
        ans+=c[i];
    }
    return ans;
}

查询的是1到x的数总和。


二维树状数组查询是这样的

int query(int x,int y)
{
    int ans=0;
    for(int i=x;i>0;i-=lowbit(i))
    {
        for(int j=y;j>0;j-=lowbit(j))
        {
            ans+=num[i][j];
        }
    }
    return ans;
}

查询的是(1,1)到(x,y)的数的总和。


下面是代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int num[1050][1050],s;
int lowbit(int x)
{
    return x&(-x);
}
void  add(int x,int y,int val)
{
    for(int i=x;i<=s;i+=lowbit(i))
    {
        for(int j=y;j<=s;j+=lowbit(j))
        {
            num[i][j]+=val;
        }
    }
}
int query(int x,int y)
{
    int ans=0;
    for(int i=x;i>0;i-=lowbit(i))
    {
        for(int j=y;j>0;j-=lowbit(j))
        {
            ans+=num[i][j];
        }
    }
    return ans;
}
int main()
{
    int t,q,x,y,sum,l,r,a;
    scanf("%d%d",&t,&s);
    memset(num,0,sizeof(num));
    while(scanf("%d",&q),q<3)
    {
        if(q==1)
        {
            scanf("%d%d%d",&x,&y,&a);
            x++;
            y++;
            add(x,y,a);
        }
        else if(q==2)
        {
            scanf("%d%d%d%d",&x,&y,&l,&r);
            x++;
            y++;
            l++;
            r++;
            printf("%d\n",query(l,r)-query(l,y-1)-query(x-1,r)+query(x-1,y-1));
        }
    }
    return 0;
}



<think>好的,我现在需要帮助用户了解二维树状数组的实现和应用。首先,我得回顾一下用户之前的提问和引用内容,确保回答符合他们的需求。用户提到了二维树状数组,引用中也有关于二维前缀和、单点修改以及例的信息,比如poj2352和Codeforces的目。 首先,我需要解释二维树状数组的基本概念。二维树状数组树状数组在二维空间的扩展,主要用于处理二维数组的前缀和查询和单点更新。用户可能已经了解一维树状数组,所以可以在此基础上进行扩展。 接下来是实现部分。用户需要具体的代码示例,尤其是Python的实现。根据引用3,一维树状数组的Python实现,我需要将其扩展到二维。二维树状数组的操作包括初始化、单点更新和前缀和查询。需要注意的是,二维情况下,每个更新和查询操作都需要双重循环,遍历每个维度上的索引。 然后是应用场景。用户可能想知道在什么情况下使用二维树状数组。根据引用2和4,二维树状数组适用于子矩阵求和、动态二维网格数据更新等场景,比如处理二维偏序问或实时更新矩阵中的元素值。例如,在POJ 1195这道中,需要处理手机的更新和区域查询,这正是二维树状数组的典型应用。 另外,用户可能关心时间复杂度。每个操作的时间复杂度是O((log n)^2),因为每个维度都需要log n的时间。相比暴力方法,这在处理大规模数据时更高效。 最后,生成相关问。根据用户之前的问,可能需要关于优化、应用场景以及与其他数据结构的比较的问。比如,二维树状数组与二维线段树的区别,或者如何扩展到更高维度。 需要确保代码正确无误,并符合Python语法。同时,引用相关文献,比如引用2中的二维树状数组应用和引用4中的例,来增强回答的可信度。还要注意用户的中文回答要求,保持结构清晰,分步骤解释。</think>### 二维树状数组实现与应用详解 #### 一、核心原理 二维树状数组是树状数据结构在二维空间的扩展,主要用于高效处理**子矩阵和查询**和**单点更新**。其核心原理基于二维二进制索引结构: 1. 每个节点存储特定子矩阵的和 2. 通过**lowbit(x)**运算确定覆盖范围 3. 时间复杂度:单次查询/更新 $O((\log n)^2)$ #### 二、Python实现代码 ```python class BinaryIndexedTree2D: def __init__(self, rows, cols): self.n = rows self.m = cols self.tree = [[0]*(cols+1) for _ in range(rows+1)] def update(self, x, y, delta): # 单点更新操作 i = x while i <= self.n: j = y while j <= self.m: self.tree[i][j] += delta j += j & -j i += i & -i def query(self, x, y): # 查询(1,1)到(x,y)的子矩阵和 res = 0 i = x while i > 0: j = y while j > 0: res += self.tree[i][j] j -= j & -j i -= i & -i return res def range_query(self, x1, y1, x2, y2): # 查询任意子矩阵和 return (self.query(x2, y2) - self.query(x1-1, y2) - self.query(x2, y1-1) + self.query(x1-1, y1-1)) ``` #### 三、典型应用场景 1. **动态矩阵求和**:实时更新矩阵元素值并查询子矩阵和 - 例:POJ 1195 Mobile phones[^4] 2. **二维偏序问**:统计满足 $x_i < x_j$ 且 $y_i < y_j$ 的点对数量 3. **图像处理**:区域像素值统计与更新 4. **游戏地图**:动态更新地形数据并快速统计区域属性 #### 四、操作时间复杂度对比 | 操作类型 | 暴力方法 | 二维树状数组 | |----------------|------------|--------------| | 单点更新 | $O(1)$ | $O((\log n)^2)$ | | 子矩阵查询 | $O(n^2)$ | $O((\log n)^2)$ | | 区域更新+查询 | $O(n^2)$ | $O((\log n)^2)$ | #### 五、实战技巧 1. **坐标偏移**:当坐标从0开始时,统一+1转换为从1开始 2. **离散化处理**:当坐标范围过大时先进行离散化 3. **差分技巧**:处理区间更新操作 ```python # 给子矩阵(x1,y1)-(x2,y2)统一加delta bit.update(x1, y1, delta) bit.update(x1, y2+1, -delta) bit.update(x2+1, y1, -delta) bit.update(x2+1, y2+1, delta) ```
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