洛谷P3368 【模板】树状数组 2(差分)

本文介绍了一种利用差分概念和树状数组解决区间更新与查询问题的算法。通过实例演示了如何对数列进行区间加操作及查询单个元素值,适用于竞赛编程中的大规模数据处理。

 

题目描述

如题,已知一个数列,你需要进行下面两种操作:

1.将某区间每一个数数加上x

2.求出某一个数的值

输入输出格式

输入格式:

 

第一行包含两个整数N、M,分别表示该数列数字的个数和操作的总个数。

第二行包含N个用空格分隔的整数,其中第i个数字表示数列第i项的初始值。

接下来M行每行包含2或4个整数,表示一个操作,具体如下:

操作1: 格式:1 x y k 含义:将区间[x,y]内每个数加上k

操作2: 格式:2 x 含义:输出第x个数的值

 

输出格式:

 

输出包含若干行整数,即为所有操作2的结果。

 

输入输出样例

输入样例#1: 

5 5
1 5 4 2 3
1 2 4 2
2 3
1 1 5 -1
1 3 5 7
2 4

输出样例#1: 

6
10

说明

时空限制:1000ms,128M

数据规模:

对于30%的数据:N<=8,M<=10

对于70%的数据:N<=10000,M<=10000

对于100%的数据:N<=500000,M<=500000

解题思路

先是差分的概念。比如说数组a[]是 1 3 2 4 1(从下标1开始),那么a[]的差分数组b[] (b[i] = a[i] - a[i-1],a[0]设为0) 是1,2,-1,2,-3。

所以a[i] = b[i] + a[i-1] = b[i] + b[i-1] + a[i - 2]。

因为a[1] = b[1],所以a[i] = b[i] + b[i-1] + b[i-2] + ....+b[1]。

建立维护b[]的树状数组,当区间a[]的区间[x,y]加上k时,就相当于b[x]+=k,b[y+1]-=k,修改这两个点就可以了,a[i]的值就是前i个b[]的和。

代码如下

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
using namespace std;
int a[500005];
int b[500005];
int c[500005];
int lowbit(int x)
{
	return x&(-x);
}
void update(int x, int n, int k)
{
	b[x] += k;
	for(int i = x; i <= n; i += lowbit(i))
		c[i] += k;
}
int query(int x)
{
	int sum = 0;
	for(int i = x; i > 0; i -= lowbit(i))
		sum += c[i];
	return sum;
}
int main()
{
	int n, m;
	while(cin >> n >> m){
		memset(a, 0, sizeof(a));
		memset(c, 0, sizeof(c));
		for(int i = 1; i <= n; i ++){
			scanf("%d", &a[i]);
			int x = a[i] - a[i - 1];
			update(i, n, x);
		}
		for(int i = 0; i < m; i ++){
			int ins;
			scanf("%d", &ins);
			if(ins == 1){
				int x, y, k;
				scanf("%d%d%d", &x, &y, &k);
				update(x, n, k);
				update(y + 1, n, -k);
			}
			else {
				int x;
				cin >> x;
				printf("%d\n", query(x));
			}
		}
	}
	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(仅支持单点修改和区间查询),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——即支持区间修改和单点查询的功能。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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