基础数据结构与算法实现(3)—线段树

本文深入探讨了段树数据结构的实现与应用,通过具体的Java代码示例,讲解了如何构建段树,进行区间查询及更新操作。段树是一种高效的数据结构,常用于解决区间查询和动态更新问题。

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@SuppressWarnings("unchecked")
public class SegmentTree<E>{
        
        private E[] data;
        private E[] tree;
        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];
                bulidSegmentTree(0,0,data.length-1);
                
        }
        
        //创建线段树
        private void bulidSegmentTree(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;
                
                bulidSegmentTree(leftTreeIndex,l,mid);
                bulidSegmentTree(rightTreeIndex,mid+1,r);
                
                tree[treeIndex] = merger.merge(tree[leftTreeIndex],tree[rightTreeIndex]);
                
                
        }
        
        private int leftChild(int index) {
                return 2*index+1;
        }
        private int rightChild(int index) {
                return 2*index+2;
        }
        
        
        //查询 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 illegal");
                }
                
                return query(0,0,data.length-1,queryL,queryR);
                
        }
        
        private E query(int treeIndex,int l,int r,int queryL,int queryR) {
                
                if(l==queryL && r == queryR) {
                        return tree[treeIndex];
                }
                
                int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
                int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
                int mid = l + (r-l)/2;
                
                //刚好落入左节点和右节点的情况
                if(queryL >= mid+1) {
                        return query(rightTreeIndex,mid+1,r,queryL,queryR);
                }else if(queryR <= mid) {
                        return query(leftTreeIndex,l,mid,queryL,queryR);
                }
                
                //[queryL,mid]
                E leftResult = query(leftTreeIndex,l,mid,queryL,mid);
                //[mid+1,queryR]
                E rightResult = query(rightTreeIndex,mid+1,r,mid+1, queryR);
                
                return merger.merge(leftResult,rightResult);
                
        }
        
        //更新
        private 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);
        }
        
        private void set(int treeIndex,int l,int r,int index,E e) {
                
                if(l==r) {
                        tree[treeIndex] = e;
                        return;
                }
                
                int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
                int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
                int mid = l + (r-l)/2;
                
                if(index >= mid+1)
                        set(rightTreeIndex,mid+1,r,index,e);
                else
                        set(leftTreeIndex,l,mid,index,e);
                
                tree[treeIndex] = merger.merge(tree[leftTreeIndex],tree[rightTreeIndex]);
                
        }
        
        
        
        //测试
        public void getSegmentTree() {
                for(int i=0;i<tree.length;i++) {
                        System.out.println(tree[i]);
                }
        }
        
        public static void main(String[] args) {
                
                Integer[] nums = {1,2,3,4,5};
                SegmentTree<Integer>  seg = new SegmentTree<>(nums,new Merger<Integer>() {
                        public Integer merge(Integer a,Integer b) {
                                return a+b;
                        }
                });
               
                seg.getSegmentTree();
                   
        }
        
}

 

1. 用户权限管理模块 角色管理: 学生:查看实验室信息、预约设备、提交耗材申请、参安全考核 教师:管理课题组预约、审批学生耗材申请、查看本课题组使用记录 管理员:设备全生命周期管理、审核预约、耗材采购分发、安全检查 用户操作: 登录认证:统一身份认证(对接学号 / 工号系统,模拟实现),支持密码重置 信息管理:学生 / 教师维护个人信息(联系方式、所属院系),管理员管理所有用户 权限控制:不同角色仅可见对应功能(如学生不可删除设备信息) 2. 实验室设备管理模块 实验室信息管理: 基础信息:实验室编号、名称、位置、容纳人数、开放时间、负责人 功能分类:按学科(计算机实验室 / 电子实验室 / 化学实验室)标记,关联可开展实验类型 状态展示:实时显示当前使用人数、设备运行状态(正常 / 故障) 设备管理: 设备档案:名称、型号、规格、购置日期、单价、生产厂家、存放位置、责任人 全生命周期管理: 入库登记:管理员录入新设备信息,生成唯一资产编号 维护记录:记录维修、校准、保养信息(时间、内容、执行人) 报废处理:登记报废原因、时间,更新设备状态为 "已报废" 设备查询:支持按名称、型号、状态多条件检索,显示设备当前可用情况 3. 预约使用模块 预约管理: 预约规则:学生可预约未来 7 天内的设备 / 实验室,单次最长 4 小时(可设置) 预约流程:选择实验室→选择设备→选择时间段→提交申请(需填写实验目的) 审核机制:普通实验自动通过,高危实验(如化学实验)需教师审核 使用记录: 签到 / 签退:到达实验室后扫码签到,离开时签退,系统自动记录实际使用时长 使用登记:填写实验内容、设备运行情况(正常 / 异常),异常情况需详细描述 违规管理:迟到 15 分钟自动取消预约,多次违规限制预约权限 4. 耗材安全管理模块 耗材管理: 耗材档案:名称、规格、数量、存放位置、
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