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Java 算法-线段树的修改

Java 算法-线段树的修改

作者: 琼珶和予 | 来源:发表于2018-01-10 21:44 被阅读0次

      首先说明一下,看这个博客之前,最好有线段树的基本概念,比如说线段树的构造、线段树的查询之类的。
    最近在学习ANdroid IPC,所以有几天没在LintCode上面做面试题,今天晚上恰巧有空,做了一道题。线段树在这之前,我认真的学习了一遍,其实我也是初学线段树,之前在别人的博客上学习。这里我就不在详细的讲解线段树,因为网络上那些大佬比我讲的更加清楚,我在推荐一下一个大佬的博客:浅谈线段树。我就是在这个博客上学习的。
      废话说的有点多,直接进入今天的主题。

    题意:
    对于一棵 最大线段树, 每个节点包含一个额外的 max 属性,用于存储该节点所
    代表区间的最大值。
    
    设计一个 modify 的方法,接受三个参数 root、 index 和 value。该方法将 
    root 为根的线段树中 [start, end] = [index, index] 的节点修改为了新的 
    value ,并确保在修改后,线段树的每个节点的 max 属性仍然具有正确的值。
    
    样例:
    对于线段树:
    
                          [1, 4, max=3]
                        /                \
            [1, 2, max=2]                [3, 4, max=3]
           /              \             /             \
    [1, 1, max=2], [2, 2, max=1], [3, 3, max=0], [4, 4, max=3]
    如果调用 modify(root, 2, 4), 返回:
    
                          [1, 4, max=4]
                        /                \
            [1, 2, max=4]                [3, 4, max=3]
           /              \             /             \
    [1, 1, max=2], [2, 2, max=4], [3, 3, max=0], [4, 4, max=3]
    
    或 调用 modify(root, 4, 0), 返回:
    
                          [1, 4, max=2]
                        /                \
            [1, 2, max=2]                [3, 4, max=0]
           /              \             /             \
    [1, 1, max=2], [2, 2, max=1], [3, 3, max=0], [4, 4, max=0]
    

      乍一看,这个题不是非常的简单吗?是啊,非常的简单,使用递归的方式是非常的简单的。

    1.递归

      递归的方式非常的简单,这里就不在讲解,直接看代码

    public void modify(SegmentTreeNode root, int index, int value) {
            if (index > root.end || index < root.start) {
                return;
            }
            //当找到那个那个点了,更新max值
            if (root.start == root.end && root.start == index) {
                root.max = value;
                return;
            }
            int mid = (root.start + root.end) / 2;
            //遍历左子树
            if (index <= mid) {
                modify(root.left, index, value);
            } else {  //遍历右子树
                modify(root.right, index, value);
            }
            //更新root节点本身,这一点非常的重要,因为子树的max值改了
            //root的max有可能会改变
            root.max = Math.max(root.left.max, root.right.max);
        }
    

    2.非递归的方式(o(n)的时间复杂度)

      有人有疑问,为什么递归的方式都能简单的解决问题,为什么我们偏要将问题想得非常的复杂。其实,这个题有一个挑战项,就是在O(n)的复杂度里面解决这种问题。
      遇到这种需求,才开始,我也是一脸懵逼的,但是经过后来借鉴了别人的思想,能成功的理解,并且写出完整的代码。
      首先,我来解释这种方式的思路:

      (1).当value > root.max时,这种情况下,root的max肯定是value。因此这种情况,也是非常容易的解决的。使用循环遍历,更新每一个点的max值就行了。
      (2).当value <= root.max时,这种情况下,我们首先只能更新目标节点的max值,然后更新目标节点的上层节点,直到更新到root节点。感觉这里非常的麻烦,怎么更新上层节点的值呢?这里的方法相对来说比较巧妙。
    public void modify(SegmentTreeNode root, int index, int value) {
            if (root == null || index > root.end || index < root.start) {
                return;
            }
            SegmentTreeNode node = root;
            //当value大于root.max,直接更新
            if (value > node.max) {
                while (node.left != null) {
                    node.max = value;
                    int mid = (node.end + node.start) / 2;
                    if (index <= mid) {
                        node = node.left;
                    } else {
                        node = node.right;
                    }
                }
                node.max = value;
            } else {
                
                while (node.left != null) {
                    int mid = (node.end + node.start) / 2;
                    if (index <= mid) {
                        node = node.left;
                    } else {
                        node = node.right;
                    }
                }
                //先只更新目标节点的值
                node.max = value;
                
                SegmentTreeNode node1 = root;
                while (node != root) {
                    node1 = root;
                    //找到node节点的上一层节点
                    while (node1.left != node && node1.right != node) {
                        int mid = (node1.end + node1.start) / 2;
                        if (index <= mid) {
                            node1 = node1.left;
                        } else {
                            node1 = node1.right;
                        }
                    }
                    //获得最大值
                    int max = Math.max(node1.left.max, node1.right.max);
                    if (max == node1.max) {
                        break;
                    } else {
                        //更新max值,并且将node节点改变成node节点的上层节点
                        node1.max = max;
                        node = node1;
                    }
                }
            }
        }
    

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