线段树区间更新

给出一个n个元素的数组A1,A2,...,An。我们总共进行m次操作。每次操作为下列两种操作其中一种:  
1、Add(L, R, v): 将A(L), A(L+1),...,A(R)的值全部增加v。  
2、Query(L, R): 计算子序列A(L), A(L+1),...,A(R)的元素和,最小值和最大值。  
注意:A(L),括号为下标。  

    如果我们采用单点更新,我们不难发现每一次都对区间中的每一个点单独更新,那么效率会及其低下。我们要如何既保证效率,有完成整个区间的更新呢?于是某个大牛想到了延迟标记的方法,也就是我们今天要学习的区间更新。

     何为延迟标记呢?从字面理解,延迟标记那就延迟更新的标记。那么怎么做到延迟更新呢?我们举个例子来说明,假设我们现在有一个长度为8的序列,Ai表示第i个元素。

如果我们执行了Add(3, 6, 4)操作,那么我们只将[5, 8]这个区间进行标记,而不继续往下更新,如图:
这里写图片描述

    从图中我们可以看出,延迟标记只在对应的区间内设置了一个标记,并没有进行更新。那么在什么时候进行更新呢?在查询该区间或者下一次对该区间的元素更新的时候,我们才进行更新。

    我们从这个例子可以发现延迟标记的作用:延迟的标记的加入,使得线段树只对使用到的区间进行更新,没有用到的得区间不更新。这样处理之后,线段树的效率又有了进一步的提高。

    介绍完原理之后我们来谈一谈代码实现吧。
//add数组为延迟标记数组  
    //sum保存线段树的数组  
    //sum[i]表示编号为i的区间所对应的区间和  
    //初始化,sum,add都为0既可  
    int sum[N], add[N];  
    //将标记移至下一层  
    void pushDown(int i, int lft, int rht) {  
        if(add[i]){ //如果存在标记就向下更新  
            //将上一层的标记移至下一层  
            //i<<1 等价于 i*2  
            //i<<1|1 等价于 i*2+1  
            add[i<<1] += add[i];  
            add[i<<1|1] += add[i];  
            //(lft+rht)>>1等价于(lft+rht)/2  
            int mid = (lft+rht)>>1;  
            sum[i<<1] += add[i]*(mid-lft+1);  
            sum[i<<1|1] += add[i]*(rht-mid);  
            add[i] = 0; //清除本层标记  
        }  
    }  
    //对区间[qft, qrht]同时加addval  
    //i为区间编号,[lft, rht]为编号i对应的区间  
    void update(int i, int lft, int rht, int qlft, int qrht, int addval) {  
        if(qlft > rht || qrht < lft) return ;  
        if(qlft <= lft && qrht >= rht){  
            //找到对应区间,直接更新这个区间,不往下更新  
            sum[i] += addval*(rht-lft+1);   
            //设置延迟更新标记  
            add[i] += addval;     
        }  
        else{  
            //向下一层更新  
            pushDown(i, lft, rht);  
            int mid = (lft + rht) >> 1;  
            update(i<<1, lft, mid, qlft, qrht, addval);  
            update(i<<1|1, mid+1, rht, qlft, qrht, addval);  
            sum[i] = sum[i<<1] + sum[i<<1|1];  
        }  
    }  
    //查询区间[qft, qrht]的和  
    //i,lft, rht解释同update。  
    int query(int i, int lft, int rht, int qlft, int qrht) {  
        if(qlft > rht || qrht < lft) return 0;  
        if(qlft <= lft && qrht >= rht) return sum[i];  
        //向下一层更新  
        pushDown(i, lft, rht);  
        int mid = (lft + rht) >> 1;  
        return query(i<<1, lft, mid, qlft, qrht) + query(i<<1|1, mid+1, rht, qlft, qrht);  
    }  
### 线段树区间修改的实现方法 线段树是一种高效的数据结构,用于处理动态区间查询和修改操作。对于区间修改的操作,通常会引入懒惰传播(Lazy Propagation)机制来优化性能。 #### 基本概念 在支持区间修改的情况下,线段树通过维护一个额外的`lazy[]`数组记录尚未传递给子节点的延迟更新信息。这种设计可以减少不必要的递归调用次数,从而提高效率[^1]。 #### 关键函数说明 以下是实现线段树区间修改的核心部分: 1. **构建线段树** 构建过程与普通的线段树相同,初始化时需确保`lazy[]`数组全部置零。 2. **Push Down 函数** 当访问某个节点并发现该节点存在未解决的延迟标记时,需要将其影响向下传递至子节点,并清除当前节点上的标记。 ```cpp void pushDown(int k, int l, int r) { if (lazy[k]) { // 如果有延迟标记 int mid = (l + r) / 2; add(k * 2, l, mid, lazy[k]); // 更新左孩子 add(k * 2 + 1, mid + 1, r, lazy[k]); // 更新右孩子 lazy[k] = 0; // 清除当前节点的延迟标记 } } ``` 3. **Add 函数** `add()`负责执行具体的区间修改逻辑。如果目标区间完全覆盖当前节点,则直接应用修改;否则继续分解到子节点上。 ```cpp void add(int k, int l, int r, int ql, int qr, int val) { if (ql <= l && r <= qr) { // 完全覆盖的情况 s[k] += (r - l + 1) * val; // 修改当前区间的总和 lazy[k] += val; // 设置延迟标记 return; } int mid = (l + r) / 2; pushDown(k, l, r); // 下推延迟标记 if (ql <= mid) add(k * 2, l, mid, ql, qr, val); if (qr > mid) add(k * 2 + 1, mid + 1, r, ql, qr, val); s[k] = s[k * 2] + s[k * 2 + 1]; // 合并左右孩子的结果 } ``` 4. **Query 函数** 查询过程中也需要注意是否存在延迟标记,若有则先进行下推操作再继续查找。 ```cpp long long query(int k, int l, int r, int ql, int qr) { if (ql <= l && r <= qr) { // 完全覆盖的情况 return s[k]; } int mid = (l + r) / 2; pushDown(k, l, r); // 下推延迟标记 long long res = 0; if (ql <= mid) res += query(k * 2, l, mid, ql, qr); if (qr > mid) res += query(k * 2 + 1, mid + 1, r, ql, qr); return res; } ``` 以上即为完整的线段树区间修改实现方案[^2][^3]。 ### 时间复杂度分析 每次修改或查询操作最多涉及从根节点到叶子节点的一条路径上的所有节点,因此时间复杂度均为\( O(\log N) \)[^4]。
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