树状数组理论基础

  树状数组(binary indexed trees,二进制索引树),最早由Peter M. Fenwick于1994年以“A New Data Structure for Cumulative Frequency Tables"为题发表在SOFTWARE PRACTICE AND EXPERIENCE。其初衷是解决数据压缩里的累积频率(cumulative frequency)的计算问题,现多用于高效计算数列的前缀和(∑a[i]).它可以以O(㏒n)的时间得到(∑a[i]),并同样以O(㏒n)的时间执行对某项加一个常数的操作。

  核心思想

  1)树状数组中的每一个元素是原数组中的一个或者多个连续元素的和。

   2)在进行连续求和操作a[1]+a[2]+....+a[n]时,只需要将树状数组中某几个元素进行求和。

   3)在对某一个元素进行修改时,也只需要修改树状数组中某几个元素的和即可。

 树状数组的结构

1)a是原始数据的树状数组。

2)数组e表示树状数组。图中任意一个元素e[i]是由多个或一个a中的元素的和构成的。

例如,e[1]=a[1],e[4]=e[2]+a[3]+a[4]=e[1]+e[2]+e[3]+e[4].

3)如果数字i的二进制表示中末尾有k个连续的0,则e[i]是a数组中连续2的k次方个元素的和,

即e[i]=a[i-2^k+1]+a[i-2^k+2]+....+a[i].

4)e中元素的后继(为节点的父亲节点):结点的后继是比它大的,最近的且编号末尾连续0比e多的结点。

5)e中元素的前驱:结点的前驱为比e小的,最近的且末尾连续0的个数比e多的结点。前驱主要计算连续的和。

例如,Sum(7)=a[1]+a[2]+...+a[7]=e[7]+e[6]+e[4]

基本操作!!!!

1.预备函数 lowbit(int)

  从基本概念可以知道,树状数组最基本的操作就是找到前驱和后继。通过lowbit()函数可以非常简单地找到前驱和后继结点。

  lowbit()函数是返回将参数转化为二进制数后最后一个1所在的位置,此位置转化为十进制后的值。例如,34转化为二进制

为100010,最后一个1在第二位,所以lowbit返回值为2.

    参考代码

  int lowbit(int k)

{

      return k&(-k);
}

2.修改某一元素的值

   将a[k]的值增加v,需要把e[k]以后的后继结点全部增加k,一直到LEN(最大长度)。

  参考代码:

  #define LEN 10000

 int e[LEN];

void add(int k,int v)

{

 while(k<=LEN)

{

e[k]+=v;    k+=lowbit(k);

}
}

三。求原始数据前k项的和

只需把e[k]以及其前驱结点的值累加即可。

参考代码:

int sum(int k)

{

  int re=0;

while(k>0)

{

  re+=e[k];

k-=lowbit(k);
}

return re;

推荐例题:HDU 1166 https://blog.csdn.net/qq_41603898/article/details/81196356

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