树状数组(C++版).pdf
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树状数组,也称为二分索引树或BIT(Binary Indexed Tree),是一种数据结构,主要用于高效地处理动态数组上的区间查询和修改操作。在C++中,它通常用于实现对数组中某个区间元素求和的问题,同时保持高效的更新和查询性能。 我们要明白树状数组的核心思想。假设我们有一个数组A,树状数组C是对数组A的一种紧凑表示,使得我们可以在O(logn)的时间复杂度内完成区间元素和的查询和修改。对于数组A[i]的修改,通过更新C数组相应位置,可以快速传播到整个树状数组,而查询区间[i, j]的和可以通过对C数组进行一系列的查询操作得到。 在树状数组的构建过程中,每个C[i]的值是数组A中从i开始到i的2的k次方减1为止所有元素的和,这里的k是i的二进制表示中最右侧连续0的个数。例如,C[7]表示的是A[1]+A[2]+A[3]+A[4]+A[5]+A[6]+A[7]的和,因为7的二进制表示是111,最右侧有两个0,所以k=2。 当我们需要查询区间[i, j]的元素和时,可以使用以下公式: ```cpp S[j] = C[j] + C[j - (j & (-j))] - C[i - 1] - C[(i - 1) - ((i - 1) & (-i))]. ``` 这里,`(j & (-j))`和`((i - 1) & (-i))`分别表示j和i-1的二进制表示中最右侧连续1的位置所对应的2的幂次,这样可以快速定位到树状数组中需要累加的节点。 例如,要计算S[7],即A[1]到A[7]的和,我们可以这样做: 1. i=7,`j & (-j)`=7 & (-7)=7,所以C[7]包含A[7]。 2. i=6,`j & (-j)`=6 & (-6)=6,所以C[6]包含A[6]+A[5]。 3. i=4,`j & (-j)`=4 & (-4)=4,所以C[4]包含A[4]+A[3]+A[2]+A[1]。 将这些值累加起来,就可以得到S[7]。 在C++中,实现树状数组通常涉及到位操作,如按位与(&)、按位非(~)以及按位异或(^)。通过巧妙地利用这些位操作,我们可以快速找到需要更新或查询的节点,从而实现高效的数据处理。 树状数组是一种强大的工具,尤其适用于解决动态数组上的区间查询和修改问题。在算法竞赛和实际编程中,它被广泛应用于处理动态区间统计、求和等问题,提供了一种比简单数组更高效的方法来处理变化的数据。
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