玩转数据结构 (第八章 线段树)

本文详细介绍线段树(区间树)的概念、应用场景及其实现方法。包括如何构建线段树、查询区间内元素的最大值、最小值或总和,以及如何进行区间更新。同时提供了完整的Java代码实现。

线段树(区间树)
线段树图例对于给定区间
更新:更新区间中一个元素或者一个区间的值
查询:查询一个区间[i,j]的最大值,最小值或者区间数字和
线段树是平衡二叉树(对于整棵树来说,最大深度和最小深度相差不超过一)(堆也是平衡二叉树)

如果区间有n个元素,数组表示需要有多少节点?
0层:1
1层:2
2层:4
3层:8

h-1层:2^(h-1)

对满二叉树:
h层,一共有2h-1个节点(大约是2h)
最后一层(h-1层),有2^(h-1)个节点
最后一层的节点数大致等于前面所有层节点之和
需要大概4n的空间(可能会浪费一些空间)
代码实现
接口:

public interface Merger<E>{
	E merger(E a, E b);
}
public class SegmentTree<E> {
	
	private E[] tree;
	private E[] data;
	private Merger<E> merger;
	
	public SegmentTree (E[] arr, Merger<E> merger){
		this.merger = merger;

		data = (E[])new Object[arr.length];
		for (int i = 0; i < arr.length; i ++){
			data[i] = arr[i];
		}

		tree = (E[])new Object[4 * arr.length];
		buildSegmentTree(0, 0, data.length - 1);
	}

	//在treeIndex的位置创建表示区间[l...r]
	private void buildSegmentTree(int treeIndex, int l, int r){
		if (l == r){
			tree[treeIndex] = data[l];
			return;
		}
		int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
		int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
		
		int mid = l + (r - l) / 2;
		buildSegmentTree(leftTreeIndex, l, mid);
		buildSegmentTree(rightTreeIndex, mid + 1, r);
	
		tree[treeIndex] = merger.merger(tree[leftTreeIndex], tree[rightTreeIndex]);
	}
	
	public int getSize(){
		return data.length;
	}
	
	public E get (int index){
		if (index < 0 || index >= data.length){
			throw new IllegalArgumentException("Index is illegal.");
		}
		return data[index];
	}

	//返回完全二叉树的数组表示中,一个索引所表示的元素的左孩子节点的索引
	private int leftChild(int index){
		return 2 * index + 1;
	}

	//返回完全二叉树的数组表示中,一个索引所表示的元素的右孩子节点的索引
	private int rightChild(int index){
		return 2 * index + 2;
	}

	//返回区间[queryL, queryR]的值
	public E query(int queryL, int queryR){
		if (queryL < 0 || queryL >=data.length || queryR < 0 || queryR >= data.length || queryL > queryR)
			throw new IllegalArgumentException("Index is length.");

		return query(0, 0, data.length - 1, queryL, queryR);
	}

	//在以treeID为根的线段树中[l...r]的范围里,搜索区间[queryL...queryR]的值
	private E query (int treeIndex, int l, int r, int queryL, int queryR){
		if (l == queryL && r == queryR)
			return tree[treeIndex];

		int mid = l + (r - l) / 2;
		int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
		int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);

		if (queryL >= mid + 1)
			return query(rightTreeIndex, mid + 1, r, queryL, queryR);
		else if (queryR <= mid)
			return query(leftTreeIndex, l, mid, queryL, queryR);

		E leftResult = query(leftTreeIndex, l, mid, queryL, mid);
		E rightResult = query(rightTreeIndex, mid + 1, r, mid + 1 ,queryR);
		return merger.merger(leftResult, rightResult);
	}

	@Override
	public String toString(){
		StringBuilder res = new StringBuilder();
		res.append('[');
		for (int i = 0; i < tree.length; i ++){
			if (tree[i] != null){
				res.append(tree[i]);
			}else{
				res.append("null");
			}

			if(i == tree.length - 1){
				res.append(']');
			}
		}
		return res.toString();
	}

	//将index位置的值,更新为e
	public void set(int index, E e){
		if (index < 0 || index >= data.length)
			throw new IllegalArgumentException("Index is illegal");

		data[index] = e;
		set(0, 0, data.length - 1, index, e);
	}

	// 在以treeIndex为根的线段树中更新index的值为e
	private void set(int treeIndex, int l, int r, int index, E e){
		if(l == r){
			tree[index] = e;
			return;
		}

		int mid = l + (r - l) / 2;
		int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
		int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
		if (index >= mid + 1)
			set(rightTreeIndex, mid + 1, r, index, e);
		else
			set(leftTreeIndex, l, mid, index, e);

		tree[treeIndex] = merger.merger(tree[leftTreeIndex], tree[rightTreeIndex]);
	}

	@Override
	public String toString(){
		StringBuilder res = new StringBuilder();
		res.add('[');
		for (int i = 0; i < tree.length; i ++){
			if (tree[i] != null){
				res.append(tree[i]);
			}else{
				res.append("null");
			}

			if(i != tree.length - 1){
				res.append(']');
			}
		}
	}
}

Main函数
public class Main{
	public static void main(String[] args) {
		Integer[] nums = {-2, 0, 3, -5, 2, -1};
		SegmentTree<Integer> segTree = new SegmentTree<>(nums, (a, b) -> a + b);
		System.out.println(segTree);
//		System.out.println(segTree.query(0,2));
	}
}
豌豆代理(又称豌豆 IP)是一款一站式国内代理 IP 服务平台,主打高匿名、低延迟、高可用的 IP 资源,支持 HTTP/HTTPS/SOCKS5 协议,适配 Windows、Mac、Android、iOS 多平台。 多类型 IP 资源高覆盖节点 提供动态住宅 IP、静态独享 IP、数据中心 IP,覆盖全国 200 + 城市,可用率 99%+;支持省市精准选择或全国混拨,适配不同业务合规稳定性需求。 使用:在客户端 “节点 / 线路” 页,按城市 / 类型筛选,一键连接目标 IP,适合爬虫、电商多账号运营等场景。 秒级 IP 切换灵活调度 支持手动一键切换、秒级动态切换(切换速度低至 100ms)、定时切换(自定义时长),并自动过滤重复 IP,避免重复使用导致风险。 使用:在 “设置” 中开启 “自动切换” 并设时间间隔,或按 Ctrl+Q 快捷键一键换 IP,适配反爬虫、批量测试等高频切换场景。 全协议支持多端适配 兼容 HTTP/HTTPS/SOCKS5 主流代理协议,可对接浏览器、爬虫脚本、客户端软件;支持 Windows、Mac、安卓、iOS 多端同步使用,跨设备无缝切换。 使用:在客户端 “协议设置” 选择对应协议,生成代理地址端口,直接填入目标软件即可生效。 隐私安全数据加密 自研传输加密技术保护数据传输,搭配高匿名 IP 隐藏真实地址,同时支持自动清除 Cookie / 缓存,降低隐私泄露追踪风险。 使用:在 “安全设置” 中开启 “数据加密” “自动清理缓存”,公共 WiFi 环境下优先启用,提升隐私防护等级。 智能筛选稳定网络优化 系统自动筛选低延迟、高可用 IP,过滤失效 / 重复地址;依托自建纯净机房独享带宽,搭配 BGP 多线接入,保障连接稳定性速度。 使用:无需手动配置,客户端默认智能匹配合适节点,复杂网络环境可在 “网络
在网络高速发展的时代,众多的软件被开发出来,给用户带来了很大的选择余地,而且人们越来越追求更个性的需求。在这种时代背景下,商家只能以用户为导向,以商品的持续创新作为商家最重要的事项。 在新发展的时代,人们对幼儿资源互助共享平台越来越重视,才能实现幼儿资源互助共享平台的有效发挥,本文将通过幼儿资源互助共享平台的信息,分析在日常生活中对幼儿资源互助共享平台存在哪些问题探讨出进一步提升效率,管理能力的对策。 系统采用了Java技术,将所有模块采用以浏览器交互的模式,选择MySQL作为系统的数据库,来进行系统的设计。基本实现了幼儿资源互助共享平台应有的主要功能模块,本系统有管理员:首页、个人中心、用户管理、卖家管理、咨询师管理、萌宝信息管理、幼儿知识管理、保姆推荐管理、音频资源管理、二手商品管理、商品分类管理、资源分类管理、交流论坛、系统管理,用户;首页、个人中心、萌宝信息管理、保姆推荐管理、音频资源管理,卖家;首页、个人中心、二手商品管理、订单管理,咨询师;首页、个人中心、幼儿知识管理,前台首页;首页、萌宝信息、幼儿知识、保姆推荐、音频资源、二手商品、交流论坛、个人中心、后台管理、购物车等功能。 对系统进行测试后,改善了程序逻辑和代码。同时确保系统中所有的程序都能正常运行,所有的功能都能操作,本系统的开发获取幼儿资源互助共享平台信息能够更加方便快捷,同时也使幼儿资源互助共享平台信息变的更加系统化、有序化。系统界面较友好,易于操作。
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值