好骚气的树状数组的解释
一、树状数组是干什么的?
平常我们会遇到一些对数组进行维护查询的操作,比较常见的如,修改某点的值、求某个区间的和,而这两种恰恰是树状数组的强项!当然,数据规模不大的时候,对于修改某点的值是非常容易的,复杂度是O(1),但是对于求一个区间的和就要扫一遍了,复杂度是O(N),如果实时的对数组进行M次修改或求和,最坏的情况下复杂度是O(M*N),当规模增大后这是划不来的!而树状数组干同样的事复杂度却是O(M*lgN),别小看这个lg,很大的数一lg就很小了,这个学过数学的都知道吧,不需要我说了。申明一下,看下面的文章一定不要急,只需要看懂每一步最后自然就懂了。
二、树状数组怎么干的?
先看两幅图(网上找的,如果雷同,不要大惊小怪~),下面的说明都是基于这两幅图的,左边的叫A图吧,右边的叫B图:
她又是怎样做到不断的一分为二呢?说这个之前我先说个叫lowbit的东西,lowbit(k)就是把k的二进制的高位1全部清空,只留下最低位的1,比如10的二进制是1010,则lowbit(k)=lowbit(1010)=0010(2进制),介于这个lowbit在下面会经常用到,这里给一个非常方便的实现方式,比较普遍的方法lowbit(k)=k&-k,这是位运算,我们知道一个数加一个负号是把这个数的二进制取反+1,如-10的二进制就是-1010=0101+1=0110,然后用1010&0110,答案就是0010了!明白了求解lowbit的方法就可以了,继续下面。介于下面讨论十进制已经没有意义(这个世界本来就是二进制的,人非要主观的构建一个十进制),下面所有的数没有特别说明都当作二进制。
上面那么多文字说lowbit,还没说它的用处呢,它就是为了联系a数组和c数组的!ck表示从ak开始往左连续求lowbit(k)个数的和,比如c[0110]=a[0110]+a[0101],就是从110开始计算了0010个数的和,因为lowbit(0110)=0010,可以看到其实只有低位的1起作用,因为很显然可以写出c[0010]=a[0010]+a[0001],这就为什么我们任何数都只关心它的lowbit,因为高位不起作用(基于我们的二分规则它必须如此!),除非除了高位其余位都是0,这时本身就是lowbit。
既然关系建立好了,看看如何实现a某一个位置数据跟改的,她不会直接改的(开始就说了,a根本不存在),她每次改其实都要维护c数组应有的性质,因为后面求和要用到。而维护也很简单,比如更改了a[0011],我们接着要修改c[0011],c[0100],c[1000],这是很容易从图上看出来的,但是你可能会问,他们之间有申明必然联系吗?每次求解总不能总要拿图来看吧?其实从0011——>0100——>1000的变化都是进行“去尾”操作,又是自己造的词--'',我来解释下,就是把尾部应该去掉的1都去掉转而换到更高位的1,记住每次变换都要有一个高位的1产生,所以0100是不能变换到0101的,因为没有新的高位1产生,这个变换过程恰好是可以借助我们的lowbit进行的,k
+=lowbit(k)。
好吧,现在更新的次序都有了,可能又会产生新的疑问了:为什么它非要是这种关系啊?这就要追究到之前我们说c8可以看作a1~a8的左半边和+右半边和……的内容了,为什么c[0011]会影响到c[0100]而不会影响到c[0101],这就是之前说的c[0100]的求解实际上是这样分段的区间 c[0001]~c[0001] 和区间c[0011]~c[0011]的和,数字太小,可能这样不太理解,在比如c[0100]会影响c[1000],为什么呢?因为c[1000]可以看作0001~0100的和加上0101~1000的和,但是0101位置的数变化并会直接作用于c[1000],因为它的尾部1不能一下在跳两级在产生两次高位1,是通过c[0110]间接影响的,但是,c[0100]却可以跳一级产生一次高位1。
可能上面说的你比较绕了,那么此时你只需注意:c的构成性质(其实是分组性质)决定了c[0011]只会直接影响c[0100],而c[0100]只会直接影响[1000],而下表之间的关系恰好是也必须是k +=lowbit(k)。此时我们就是写出跟新维护树的代码:
int read(int k)//1~k的区间和{ int sum=0; while(k) { sum+=tree[k]; k-=k&-k; } return sum;}
三、总结一下吧
首先,明白树状数组所白了是按照二分对数组进行分组;维护和查询都是O(lgn)的复杂度,复杂度取决于最坏的情况,也是O(lgn);lowbit这里只是一个技巧,关键在于明白c数组的构成规律;分析的过程二进制一定要深入人心,当作心目中的十进制。
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作者:程序猿__int64Ago
来源:CSDN
原文:https://blog.csdn.net/int64ago/article/details/7429868
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