差分矩阵【二维差分】

输入一个n行m列的整数矩阵,再输入q个操作,每个操作包含五个整数x1, y1, x2, y2, c,其中(x1, y1)和(x2, y2)表示一个子矩阵的左上角坐标和右下角坐标。

每个操作都要将选中的子矩阵中的每个元素的值加上c。

请你将进行完所有操作后的矩阵输出。

输入格式

第一行包含整数n,m,q。

接下来n行,每行包含m个整数,表示整数矩阵。

接下来q行,每行包含5个整数x1, y1, x2, y2, c,表示一个操作。

输出格式

共 n 行,每行 m 个整数,表示所有操作进行完毕后的最终矩阵。

数据范围

1≤n,m≤10001≤n,m≤1000,
1≤q≤1000001≤q≤100000,
1≤x1≤x2≤n1≤x1≤x2≤n,
1≤y1≤y2≤m1≤y1≤y2≤m,
−1000≤c≤1000−1000≤c≤1000,
−1000≤矩阵内元素的值≤1000−1000≤矩阵内元素的值≤1000

输入样例:

3 4 3
1 2 2 1
3 2 2 1
1 1 1 1
1 1 2 2 1
1 3 2 3 2
3 1 3 4 1

输出样例:

2 3 4 1
4 3 4 1
2 2 2 2

给定原数组a[i][j],构造差分数组b[i][j],似的数组a[i][j]是b[i][j]的前缀和,

一般数组b不用构造

#include<iostream>
using namespace std;
const int N=1010;
int n,m,q;
int a[N][N],b[N][N];
void insert(int x1,int y1,int x2,int y2,int c)
{
	b[x1][y1]+=c;
	b[x2+1][y1]-=c;
	b[x1][y2+1]-=c;
	b[x2+1][y2+1]+=c;//核心代码
}
int main()
{
	cin>>n>>m>>q;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	for(int j=1;j<=m;j++)
	{
	 cin>>a[i][j];
	 insert(i,j,i,j,a[i][j]);
    }
    while(q--)
    {
    	int x1,y1,x2,y2,c;
    	cin>>x1>>y1>>x2>>y2>>c;
    	insert(x1,y1,x2,y2,c);
	}
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
	for(int j=1;j<=m;j++)
	{
		a[i][j]=a[i-1][j]+a[i][j-1]-a[i-1][j-1]+b[i][j];
		cout<<a[i][j]<<" ";
	}
	puts("");//注意输出格式
    }
	
	return 0;
}

 

 

 

 

 

### 二维差分矩阵的概念与计算方法 #### 差分矩阵的定义 差分矩阵是一种用于快速更新子矩阵的技术,在处理频繁修改区域值并查询最终状态的问题时非常高效。对于给定的一个 $ n \times m $ 的整数矩阵 $ a[][] $,其对应的差分矩阵 $ b[][] $ 是通过对矩阵的操作间接构建出来的。 由于直接从矩阵 $ a[][] $ 构建差分矩阵 $ b[][] $ 并不容易直观理解,因此通常采用一种逆向思维的方式:先对差分矩阵进行操作,然后再还矩阵[^1]。 --- #### 如何通过差分矩阵实现区间加法 假设我们需要在一个矩形区域内 $(x_1, y_1)$ 到 $(x_2, y_2)$ 上加上一个常数值 $ c $。可以通过如下方式更新差分矩阵: $$ \begin{aligned} &b[x_1][y_1] += c \\ &b[x_1][y_2 + 1] -= c \\ &b[x_2 + 1][y_1] -= c \\ &b[x_2 + 1][y_2 + 1] += c \end{aligned} $$ 上述公式的含义是对目标矩形范围内的所有元素施加影响的同时,利用边界上的减法抵消掉超出部分的影响[^2]。 --- #### 还过程(从前缀和恢复) 完成所有的差分操作之后,可以基于差分矩阵重建矩阵 $ a[][] $。具体做法是从左上角开始逐行逐列累加差分矩阵中的值,公式如下: $$ a[i][j] = a[i-1][j] + a[i][j-1] - a[i-1][j-1] + b[i][j] $$ 这里需要注意的是初始条件设置以及边界的特殊处理[^3]。 --- #### 示例代码实现 以下是完整的 C++ 实现代码,展示了如何创建、应用以及还差分矩阵的过程: ```cpp #include <iostream> using namespace std; const int N = 1010; int a[N][N], b[N][N]; void add(int x1, int y1, int x2, int y2, int c){ b[x1][y1] += c; b[x1][y2 + 1] -= c; b[x2 + 1][y1] -= c; b[x2 + 1][y2 + 1] += c; } int main(){ int n, m, q; cin >> n >> m >> q; // 输入矩阵大小和操作次数 while(q--){ int x1, y1, x2, y2, c; cin >> x1 >> y1 >> x2 >> y2 >> c; // 输入每次操作的具体参数 add(x1, y1, x2, y2, c); } // 基于差分矩阵重构矩阵 for(int i=1;i<=n;i++){ for(int j=1;j<=m;j++){ a[i][j] = a[i-1][j] + a[i][j-1] - a[i-1][j-1] + b[i][j]; cout << a[i][j] << ' '; } cout << endl; } return 0; } ``` --- #### 总结 二维差分的核心在于巧妙地设计差分矩阵来表示复杂的区域更新操作,并通过简单的前缀和运算将其映射回实际数据结构中。这种方法不仅节省时间复杂度,还极大地简化了程序逻辑的设计难度^。
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