[算法详解] 差分

本文详细介绍了差分算法,包括基础的线性数组差分和树上差分,讲解了如何通过差分操作将O(nq)的时间复杂度降低到O(n+q)。树上差分部分探讨了点的差分和边的差分,强调了在树结构中差分的应用及其与最近公共祖先(LCA)的关系。文章提供了相关习题和参考链接以供深入学习。

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首先看一道题:

给出 n n n个数,再给出个 q q q操作,每个操作给出 l i , r i , x li ,ri , x lirix,要求你在 [ l i , r i ] [li,ri] [li,ri]上每一个值都加上 x x x,输出 q q q次操作后的最终序列。
很容易想到最朴素的算法,对于每次操作,从 l i li li r i ri ri循环,加入x:

	for (int i=1;i<=n;i++)
	{
   
   
		int x,y,z;
		scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);
		for (int j=x;i<=y;j++) a[i]+=z;
	}

这种方法时间复杂度为 O ( n q ) O(nq) O(nq)
这种方法比较慢,我们怎样把 O ( n q ) O(nq) O(nq)变为 O ( n + q ) O(n+q) O(n+q)呢?
由此我们引入差分这种算法。(线段树也可以,但是这代码长度就。。。)

方法一:

我们定义一个数组c,令 c [ i ] = a [ i ] − a [ i − 1 ] c[i]=a[i]-a[i-1] c[i]=a[i]a[i1],所以, a [ n ] = a[n]= a[n]= ∑ i = 1 n c [ i ] \sum_{i=1}^n c[i] i=1nc[i].
若想要将区间 [ l , r ] [l,r] [l,r]的数全部 + v +v +v,则只需要将 c [ l ] + v , c [ r + 1 ] − v c[l]+v,c[r + 1]-v c[l]+v,c[r+1]v即可。
因为 ∑ i = 1 n \sum_{i=1}^n i=1n a [ i ] = ( c [ 1 ] ) + ( c [ 1 ] + c [ 2 ] ) + … … + ( c [ 1 ] + c [ 2 ] + c [ 3 ] + … … + c [ n ] ) a[i]=(c[1])+(c[1]+c[2])+……+(c[1]+c[2]+c[3]+……+c[n]) a[i]=(c[1])+(c[1]+c[2])++(c[1]+c[2]+c[3]++c[n]).
所以,我们维护一个数组 c 1 c1 c1,令 c 1 [ i ] = ( i − 1 ) ∗ c [ i ] c1[i]=(i-1)*c[i]

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