P3368 【模板】树状数组 2(区间修改 单点查询)

本文详细介绍了如何使用二叉索引树(Binary Indexed Tree, BIT)进行区间修改和单点查询的操作,通过具体代码实现展示了BIT算法在处理这类问题上的高效性。文章首先定义了BIT的基本操作,包括更新和求和,然后通过一个完整的C++代码示例,解释了如何初始化BIT,以及如何执行区间修改和查询任务。

 https://www.luogu.org/problemnew/show/P3368


//区间修改 单点查询

#include<iostream>

#include<cstdio>

#include<algorithm>

#include<string.h>

 

using namespace std;

 

#define lowbit(x) (x&(-x)) //计算2^k 

 

const int Max = 500000+5;

int c[Max];//c[i] = a[i – 2^k + 1] + … + a[i],k为i在二进制下末尾0的个数, a为猿给定数组(即初始化时给的值) 

 
//单点修改,仅需修改c[i],求区间和直接用c[i]就可以了 
void Update(int x, int y, int MAX)

{

	while(x <= MAX){

		c[x] += y;

		x += lowbit(x);

	}

}

//区间修改 (部分样例会发生	TLE) 
/*void UpdateSQ(int x, int y, int k, int MAX)
{

	while(x <= MAX){

		c[x] += k;

		x += lowbit(x);
	}
	
	while(y <= MAX){
		
		c[y] -= k;

		y += lowbit(y);
	}
	

}
 */
//a[i-lowbit(i)]+......a[i] +.....a[i-lowbit(i)-lowbit(i-lowbit(i))]+.....a[i-lowbit(i)]+.....a[0]查询 
int Sum(int x)

{

	int sum = 0;

	while(x > 0){

		sum += c[x];

		x -= lowbit(x);

	}

	return sum;

	

}

//区间查询 
void SumSQ(int y, int x)

{

	int sum = 0;

	

	while(y > 0){

		sum += c[y];

		y -= lowbit(y);

	}

	

	while(x > 0){

		sum -= c[x];

		x -= lowbit(x);

	}

	

//	cout << sum << endl;

 

	printf("%d\n", sum);	

}

int main()

{	

	int T, cnt = 1;

	string s;

	

	//cin >> T;

//	scanf("%d", &T);

	

	//while(T--)
	{

		int N, m;

		

	//	cin >> N;

		scanf("%d%d", &N, &m);

			

		memset(c, 0, sizeof(c));

		
		int tmp = 0;
		for(int i=1; i<=N; i++){

			int x;
			
			scanf("%d", &x);
//区间修改需要用到差分...... 
			Update(i, x-tmp, N);	//差分	x-tmp相当于a[i]-a[i-1] 则Sum()所求结果相当于a[i] 
			tmp = x;
		}

		

//		cout << "Case " << cnt++ << ":" << endl;
//		printf("Case %d:\n", cnt++);		

 		for(int i=0; i<m; i++){
			int q;
			int x, y;

			scanf("%d", &q);
			

//			cin >> x >> y;

			if(q == 1){
//区间修改
			int k;
			cin >> x >> y >> k; 
//			UpdateSQ(x, y+1, k, N);

			Update(x, k, N);
			Update(y+1, -k, N);

		}
		
		else {
			cin >> x; 
			cout << Sum(x) << endl;
		}
		
		}
	}

	return 0;

} 

 

### 关于树状数组2模板与实现 树状数组2通常指的是支持 **区间修改** 和 **单点查询** 或者 **区间查询** 的高级版本。相比于基础版树状数组(仅支持单点修改区间查询),它通过维护两个独立的树状数组来完成更复杂的操作。 #### 基本原理 为了处理区间加法问题,可以引入差分的思想[^3]。具体来说,定义 `ans` 表示实际的前缀和,`ans1` 是第一个树状数组存储的前缀和,`ans2` 是第二个树状数组用于修正偏移量,则有如下关系: \[ \text{ans}[i] = \text{ans1}[i] \times i - \text{ans2}[i]. \] 这种设计使得我们可以高效地执行以下两种操作: 1. 对某个区间的值加上一个常数。 2. 查询某个位置的实际数值或者某一区间的总和。 以下是具体的代码实现: ```cpp #include <bits/stdc++.h> using namespace std; // 定义最大数据范围 const int MAXN = 1e5 + 5; long long c1[MAXN], c2[MAXN]; // 两个树状数组分别记录原始值和偏移量 // lowbit函数计算二进制最低位1对应的十进制值 inline int lowbit(int x) { return x & (-x); } // 更新树状数组c1和c2的操作 void update(long long* tree, int pos, int delta, int n) { while (pos <= n) { tree[pos] += delta; pos += lowbit(pos); } } // 获取树状数组c1或c2的前缀和 long long query(long long* tree, int pos) { long long res = 0; while (pos > 0) { res += tree[pos]; pos -= lowbit(pos); } return res; } // 区间[a,b]增加val void add_range(int a, int b, int val, int n) { update(c1, a, val, n); // 修改a处的影响 update(c1, b + 1, -val, n); // 取消b+1之后的影响 update(c2, a, val * (a - 1), n); // 修改a处的偏移影响 update(c2, b + 1, -val * b, n); // 取消b+1之后的偏移影响 } // 单点查询第k个元素的真实值 long long get_value(int k) { return query(c1, k) * k - query(c2, k); } int main() { ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(0); int n, m; cin >> n >> m; // 数组长度n,m次操作 memset(c1, 0, sizeof(c1)); memset(c2, 0, sizeof(c2)); for (int i = 1; i <= n; ++i) { // 初始化数组 int temp; cin >> temp; add_range(i, i, temp, n); // 将初始值转化为区间更新的形式 } for (int i = 0; i < m; ++i) { char op; cin >> op; if (op == 'Q') { // 查询操作 int idx; cin >> idx; cout << get_value(idx) << "\n"; } else if (op == 'C') { // 修改操作 int l, r, v; cin >> l >> r >> v; add_range(l, r, v, n); } } return 0; } ``` 上述代码实现了树状数组2的核心功能——即支持区间修改单点查询的功能。其中的关键在于利用了两个树状数组 `c1` 和 `c2` 来模拟差分数组的效果。 --- ### 性能分析 相比线段树,树状数组2具有更高的效率和更低的空间开销,在许多场景下更适合快速解决问题[^2]。然而需要注意的是,当题目需求更加复杂时(如多维查询、动态开点等),可能仍需借助线段树或其他高级结构。 ---
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