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Fenwick Tree/B.I.T树状数组算法

Fenwick Tree/B.I.T树状数组算法

作者: 1QzUPm_09F | 来源:发表于2017-07-18 10:07 被阅读0次

    树状数组适用范围:给定区间,求最值,求和,区间单点修改。
    与RMQ不同的是,RMQ一般只用作区间求最值。但在最值方面RMQ更加便捷。

    树状数组

    从图上可以看出要找到c[i]的父节点只要用i+x(x为i转化为二进制从右起第一个出现1的位置)就可以了
    寻找x可以通过lowbit函数,即通过计算机补码的巧用,x=i&(-i)

    int lowbit(int x)
    {
        return x&(-x);
    }
    

    而每一个父节点存储的数据都是下面所有子节点的全部信息。对子节点修改就必定会对其所有的父节点进行更新,父节点c[i]下标的查找如下:

    void update(int i, int x)
    {
        while(i<=n)
        {
            c[i]+=x;
            i+=lowbit(i);//更新父节点
        }
    }
    

    对于查找1~i的和、最大值、最小值可以表示为:

    int sum(int i)
    {
        int res=0;
        while(i>0)
        {
            res+=c[i];
            i-=lowbit(i);
        }
        return res;
    }
    

    典型例题(模版):
    HDU - 1166
    对一个区域的数列进行查找、修改

    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    using namespace std;
    
    int c[50005];
    int n;
    
    int lowbit(int x)
    {
        return x&(-x);
    }
    
    void update(int i, int x)
    {
        while(i<=n)
        {
            c[i]+=x;
            i+=lowbit(i);//更新父节点
        }
    }
    
    int sum(int i)
    {
        int res=0;
        while(i>0)
        {
            res+=c[i];
            i-=lowbit(i);
        }
        return res;
    }
    
    int main()
    {
        int T, cnt;
        scanf("%d", &T);
        for(cnt=1; cnt<=T; cnt++)
        {
            int i, temp;
            char op[10];
            memset(c,0,sizeof(c));
    
            scanf("%d", &n);
            for(i=1 ;i<=n; i++)
            {
                scanf("%d", &temp);
                update(i, temp);
            }
            printf("Case %d:\n", cnt);
            while(~scanf("%s", op))
            {
                int l, r, k;
                if(!strcmp(op,"End")) break;
                if(!strcmp(op,"Query"))
                {
                    scanf("%d%d", &l, &r);
                    printf("%d\n", sum(r)-sum(l-1));
                }
                if(!strcmp(op,"Add"))
                {
                    scanf("%d%d", &k, &temp);
                    update(k, temp);
                }
                if(!strcmp(op,"Sub"))
                {
                    scanf("%d%d", &k, &temp);
                    update(k, -temp);
                }
            }
        }
        return 0;
    }
    

    例题:POJ - 3928
    题目大意:在数列X中找到a、b、c
    满足a<b<c和X[a]<X[b]<X[c]
    思路:求取前缀和和后缀和的问题,update(X[i], 1);再getsum()即可

    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    using namespace std;
    #define ll long long int
    const int maxn = 1e5+7;
    const int max_num = 1e5;
    
    int a[maxn];
    ll c[maxn];
    
    int pos_west[maxn], pos_east[maxn], neg_west[maxn], neg_east[maxn];
    
    int lowbit(int x)
    {
        return x&(-x);
    }
    
    void update(int i, int p)
    {
        while(i<=max_num)
        {
            c[i]+=p;
            i+=lowbit(i);
        }
    }
    
    ll getsum(int i)
    {
        int res=0;
        while(i>0)
        {
            res+=c[i];
            i-=lowbit(i);
        }
        return res;
    }
    
    void init()
    {
        memset(a,0,sizeof(a));
        memset(c,0,sizeof(c));
        memset(pos_west,0,sizeof(pos_west));
        memset(pos_east,0,sizeof(pos_east));
        memset(neg_west,0,sizeof(neg_west));
        memset(neg_east,0,sizeof(neg_east));
    }
    
    int main()
    {
        int T;
        scanf("%d", &T);
        while(T--)
        {
            int i, n;
            ll sum=0;
            scanf("%d", &n);
            init();
    
            for(i=1; i<=n; i++)
            {
                scanf("%d", &a[i]);
                update(a[i],1);
                pos_west[i]=getsum(a[i]-1);
                pos_east[i]=getsum(max_num)-getsum(a[i]);
            }
    
            memset(c,0,sizeof(c));
            for(i=n; i>0; i--)
            {
                update(a[i],1);
                neg_west[i]=getsum(a[i]-1);
                neg_east[i]=getsum(max_num)-getsum(a[i]);
            }
    
            for(i=1; i<=n; i++)
            {
                sum+=pos_west[i]*neg_east[i]+neg_west[i]*pos_east[i];
            }
            printf("%I64d\n", sum);
        }
        return 0;
    }
    

    注:此方法还可以用来求取逆序数!!!

    例题:HDU - 1556
    给定区间,每次在这个区间加1,求每个点一共加了多少次1
    思路:前缀和思想,如图

    前缀和
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    using namespace std;
    
    int c[100005];
    int n;
    
    int lowbit(int x)
    {
        return x&(-x);
    }
    
    void update(int i, int p)
    {
        while(i<=n)
        {
            c[i]+=p;
            i+=lowbit(i);
        }
    }
    
    int getsum(int i)
    {
        int res=0;
        while(i>0)
        {
            res+=c[i];
            i-=lowbit(i);
        }
        return res;
    }
    
    int main()
    {
        while(~scanf("%d", &n)&&n)
        {
            int a, b;
            memset(c,0,sizeof(c));
            for(int i=1; i<=n; i++)
            {
                scanf("%d%d", &a, &b);
                update(a, 1);
                update(b+1, -1);
            }
            for(int i=1; i<=n; i++)
            {
                if(i!=1) printf(" ");
                printf("%d", getsum(i));
            }
            printf("\n");
        }
        return 0;
    }
    

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