学习笔记——线段树

基本概念:

1、线段树是一种二叉搜索树,即每个结点最多有两棵子树的树结构。通常子树被称作“左子树”(left subtree)和“右子树”(right subtree)。线段树的每个结点存储了一个区间(线段),故而得名。     

2、对于线段树中的每一个非叶子节点[a,b],它的左儿子表示的区间为[a,(a+b)/2],右儿子表示的区间为[(a+b)/2+1,b]。因此线段树是平衡二叉树,最后的子节点数目为N,即整个线段区间的长度。使用线段树可以快速的查找某一个节点在若干条线段中出现的次数,时间复杂度为O(logN)。而未优化的空间复杂度为2N,因此有时需要离散化让空间压缩。

             3、线段树将区间分成若干个子区间,子区间又继续分,直到区间为一个点(区间左值等于右值);用于求区间的值,如区间最值、区间的和等。

              4、代码实现中,约定结点下标从1开始,所以某结点下标为x,那么左儿子下标为2x,右儿子下标为2x+1,父结点下标为x/2。

常用符号
符号 等价 意义
rt<<1 rt*2 左子树的编号
rt<<1|1 rt*2+1 右子树的编号
l+r>>1 (l+r)/2 区间长度的一半

常用头文件

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cmath>
#include <iostream>

using namespace std;

常用宏定义:

#define Mid ((left+right)>>1)		//父节点
#define lson i<<1,left,Mid		//左节点
#define rson i<<1|1,Mid+1,right		//右节点

构造结构体:

const int MAXN = 2200000;
const int MAX = 1000010;

struct Node{
	int value;				//结点对应的权值
	int left,right;				//区间[left,right]
}node[MAXN];
int father[MAX];				//每个点对应的结构体数组下标

建树:

建树从根结点开始,递归建立左右子树,直到叶子结点,然后反向赋值,父结点的值 = F(左结点的值,右结点的值),这个F是依据题意变的,如果是区间最大则为max()。

/**建立一个以i为祖先的线段树,i为结点序号*/
void build(int i,int left, int right)			
{
	node[i].left = left;		//写入该结点的左区间
	node[i].right = right;		//写入该结点的右区间
	node[i].value = 0;			//每个区间初始化为0
	if(left == right){			//该节点为一个点时,结束递归
		father[left] = i;		//记录该结点的序号
		return ;
	}
	//继续往左孩子方向建立线段树
	build(lson);
	//继续往右孩子方向建立线段树
	build(rson);
}

更新:

更新分为单点更新和区间更新,区间更新等会在下面讲述,而单点更新跟普通区间查询差不多

/**更新结点数据, 从下往上更新*/
void Update(int ri){ 				
	if (ri == 1)
            return;		 // 向上已经找到了祖先(整个线段树的祖先结点 对应的下标为1)
	int fi = ri / 2; 			// ri 的父结点
	int a = node[fi<<1].value;		// 该父结点的两个孩子结点(左)
	int b = node[(fi<<1)+1].value; 		// 右
	node[fi].value = (a > b)?(a):(b);	// 更新这个父结点(从两个孩子结点中挑个大的)
	Update(ri/2);			        // 递归更新,由父结点往上找
}

查询(区间最大值):

查询为区间查询(只是查询某个点的话不需要线段树),即在区间里查询某个特性值,每次查询都是从跟结点开始往下,根据查询区间和当前区间的区间位置判断是要去左右子区间查询,还是直接返回。
 

int Max = -1<<20;
void Query(int i,int l,int r){				 
// i为区间的序号(对应的区间是最大范围的那个区间,也是第一个图最顶端的区间)
	if (node[i].left == l && node[i].right == r){        // 找到了一个完全重合的区间
		Max = (Max < node[i].value)?node[i].value:(Max);
		return ;
	}
	i = i << 1; 				
	if (l <= node[i].right){        // 左区间有涉及
		if (r <= node[i].right) // 全包含于左区间,则查询区间形态不变
			Query(i, l, r);
		else 								
        // 半包含于左区间,则查询区间拆分,左端点不变,右端点变为左孩子的右区间端点
			Query(i, l, node[i].right);
	}
	i += 1; 
	if (r >= node[i].left){ 	// 右区间有涉及
		if (l >= node[i].left) 	// 全包含于右区间,则查询区间形态不变
			Query(i, l, r);
		else 			// 半包含于左区间,则查询区间拆分,与上同理
			Query(i, node[i].left, r);
	}
}
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