树状数组学习小结

树状数组的问题模型


       首先我们搞明白树状数组是用来干嘛的,现在有一个这样的问题:有一个数组a,下标从0n-1,现在给你w次修改,q次查询,修改的话是修改数组中某一个元素的值;查询的话是查询数组中任意一个区间的和,w + q < 500000

      这个问题很常见,首先分析下朴素做法的时间复杂度,修改是O(1)O(1)的时间复杂度,而查询的话是O(n)O(n)的复杂度,总体时间复杂度为O(qn)O(qn);可能你会想到前缀和来优化这个查询,我们也来分析下,查询的话是O(1)O(1)的复杂度,而修改的时候修改一个点,那么在之后的所有前缀和都要更新,所以修改的时间复杂度是O(n)O(n),总体时间复杂度还是O(qn)O(qn)。

       可以发现,两种做法中,要么查询是O(1)O(1),修改是O(n)O(n);要么修改是O(1)O(1),查询是O(n)O(n)。那么就有没有一种做法可以综合一下这两种朴素做法,然后整体时间复杂度可以降一个数量级呢?有的,对,就是树状数组。


lowbit函数


    这里我们先不管树状数组这种数据结构到底是什么,先来了解下lowbit这个函数,你也先不要问这个函数到底在树状数组中有什么用;

    顾名思义,lowbit这个函数的功能就是求某一个数的二进制表示中最低的一位1,举个例子,x = 6,它的二进制为110,那么lowbit(x)就返回2,因为最后一位1表示2

    那么怎么求lowbit呢?

    把这个数的二进制写出来,然后从右向左找到第一个1(这个1就是我们要求的结果,但是现在表示不出来,后来的操作就是让这个1能表示出来),这个1不要动和这个1右边的二进制不变,左边的二进制依次取反,这样就求出的一个数的补码,说这个方法主要是让我们理解一个负数的补码在二进制上的特征,然后我们把这个负数对应的正数与该负数与运算一下,由于这个1的左边的二进制与正数的原码对应的部分是相反的,所以相与一定都为0,;由于这个1和这个1右边的二进制都是不变的,因此,相与后还是原来的样子,故,这样搞出来的结果就是lowbit(x)的结果。

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

求和

ll sum(int k) {
	ll s = 0;
	while(k > 0) {
		s += c[k];
		k -= lowbit(k);
	}
	return s;
}

更新

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

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