• 线段树区间更新操作及Lazy思想(详解)


    此题题意很好懂:
     
     给你N个数,Q个操作,操作有两种,‘Q a b ’是询问a~b这段数的和,‘C a b c’是把a~b这段数都加上c。
     

    需要用到线段树的,update:成段增减,query:区间求和
     
    介绍Lazy思想:lazy-tag思想,记录每一个线段树节点的变化值,当这部分线段的一致性被破坏我们就将这个变化值传递给子区间,大大增加了线段树的效率。
     
    在此通俗的解释我理解的Lazy意思,比如现在需要对[a,b]区间值进行加c操作,那么就从根节点[1,n]开始调用update函数进行操作,如果刚好执行到一个子节点,它的节点标记为rt,这时tree[rt].l== a && tree[rt].r == b 这时我们可以一步更新此时rt节点的sum[rt]的值,sum[rt] += c* (tree[rt].r - tree[rt].l + 1),注意关键的时刻来了,如果此时按照常规的线段树的update操作,这时候还应该更新rt子节点的sum[]值,而Lazy思想恰恰是暂时不更新rt子节点的sum[]值,到此就return,直到下次需要用到rt子节点的值的时候才去更新,这样避免许多可能无用的操作,从而节省时间。
     
    下面通过具体的代码来说明之。
     
    在此先介绍下代码中的函数说明:

    #define lson l,m,rt<<1
    #define rson m+1,r,rt<<1|1
    

     宏定义左儿子lson和右儿子rson,貌似用宏的速度要慢。
     
    PushUp(rt):通过当前节点rt把值递归向上更新到根节点
     
    PushDown(rt):通过当前节点rt递归向下去更新rt子节点的值
     
    rt表示当前子树的根(root),也就是当前所在的结点

    1 __int64 sum[N<<2],add[N<<2];
    2 struct Node
    3 {
    4     int l,r;
    5     int mid()
    6     {
    7         return (l+r)>>1;
    8     }
    9 } tree[N<<2];

    这里定义数据结构sum用来存储每个节点的子节点数值的总和,add用来记录该节点的每个数值应该加多少

    tree[].l tree[].r分别表示某个节点的左右区间,这里的区间是闭区间
     
    下面直接来介绍update函数,Lazy操作主要就是用在这里

     1 void update(int c,int l,int r,int rt)//表示对区间[l,r]内的每个数均加c,rt是根节点
     2 {
     3     if(tree[rt].l == l && r == tree[rt].r)
     4     {
     5         add[rt] += c;
     6         sum[rt] += (__int64)c * (r-l+1);
     7         return;
     8     }
     9     if(tree[rt].l == tree[rt].r) return;
    10     PushDown(rt,tree[rt].r - tree[rt].l + 1);
    11     int m = tree[rt].mid();
    12     if(r <= m) update(c,l,r,rt<<1);
    13     else if(l > m) update(c,l,r,rt<<1|1);
    14     else
    15     {
    16         update(c,l,m,rt<<1);
    17         update(c,m+1,r,rt<<1|1);
    18     }
    19     PushUp(rt);
    20 }

    if(tree[rt].l == l && r == tree[rt].r) 这里就是用到Lazy思想的关键时刻
    正如上面说提到的,这里首先更新该节点的sum[rt]值,然后更新该节点具体每个数值应该加多少即add[rt]的值,注意此时整个函数就运行完了,直接return,而不是还继续向子节点继续更新,这里就是Lazy思想,暂时不更新子节点的值。
     
    那么什么时候需要更新子节点的值呢?答案是在某部分update操作的时候需要用到那部分没有更新的节点的值的时候,这里可能有点绕口。这时就掉用PushDown()函数更新子节点的数值。

     1 void PushDown(int rt,int m)
     2 {
     3     if(add[rt])
     4     {
     5         add[rt<<1] += add[rt];
     6         add[rt<<1|1] += add[rt];
     7         sum[rt<<1] += add[rt] * (m - (m>>1));
     8         sum[rt<<1|1] += add[rt] * (m>>1);
     9         add[rt] = 0;//更新后需要还原
    10     }
    11 }

    PushDown就是从当前根节点rt向下更新每个子节点的值,这段代码读者可以自己好好理解,这也是Lazy的关键。 
     

    下面再解释query函数,也就是用这个函数来求区间和

     1 __int64 query(int l,int r,int rt)
     2 {
     3     if(l == tree[rt].l && r == tree[rt].r)
     4     {
     5         return sum[rt];
     6     }
     7     PushDown(rt,tree[rt].r - tree[rt].l + 1);
     8     int m = tree[rt].mid();
     9     __int64 res = 0;
    10     if(r <= m) res += query(l,r,rt<<1);
    11     else if(l > m) res += query(l,r,rt<<1|1);
    12     else
    13     {
    14        res += query(l,m,rt<<1);
    15        res += query(m+1,r,rt<<1|1);
    16     }
    17     return res;
    18 }

    第一个if还是区间的判断和前面update的一样,到这里就可以知道答案了,所以就直接return。

    接下来的查询就需要用到rt子节点的值了,由于我们用了Lazy操作,这段的数值还没有更新,因此我们需要调用PushDown函数去更新之,满足if(add[rt])就说明还没有更新。
     



    到这里整个Lazy思想就算介绍结束了,可能我的语言组织不是很好,如果有不理解的地方可以给我留言,我再解释大家的疑惑。
     
    PS:今天总算是对线段树入门了。
     

    附上此题的代码:

      1 #include <iostream>
      2 #include <cstdio>
      3 using namespace std;
      4 const int N = 100005;
      5 #define lson l,m,rt<<1
      6 #define rson m+1,r,rt<<1|1
      7 
      8 __int64 sum[N<<2],add[N<<2];
      9 struct Node
     10 {
     11     int l,r;
     12     int mid()
     13     {
     14         return (l+r)>>1;
     15     }
     16 } tree[N<<2];
     17 
     18 void PushUp(int rt)
     19 {
     20     sum[rt] = sum[rt<<1] + sum[rt<<1|1];
     21 }
     22 
     23 void PushDown(int rt,int m)
     24 {
     25     if(add[rt])
     26     {
     27         add[rt<<1] += add[rt];
     28         add[rt<<1|1] += add[rt];
     29         sum[rt<<1] += add[rt] * (m - (m>>1));
     30         sum[rt<<1|1] += add[rt] * (m>>1);
     31         add[rt] = 0;
     32     }
     33 }
     34 
     35 void build(int l,int r,int rt)
     36 {
     37     tree[rt].l = l;
     38     tree[rt].r = r;
     39     add[rt] = 0;
     40     if(l == r)
     41     {
     42         scanf("%I64d",&sum[rt]);
     43         return ;
     44     }
     45     int m = tree[rt].mid();
     46     build(lson);
     47     build(rson);
     48     PushUp(rt);
     49 }
     50 
     51 void update(int c,int l,int r,int rt)
     52 {
     53     if(tree[rt].l == l && r == tree[rt].r)
     54     {
     55         add[rt] += c;
     56         sum[rt] += (__int64)c * (r-l+1);
     57         return;
     58     }
     59     if(tree[rt].l == tree[rt].r) return;
     60     PushDown(rt,tree[rt].r - tree[rt].l + 1);
     61     int m = tree[rt].mid();
     62     if(r <= m) update(c,l,r,rt<<1);
     63     else if(l > m) update(c,l,r,rt<<1|1);
     64     else
     65     {
     66         update(c,l,m,rt<<1);
     67         update(c,m+1,r,rt<<1|1);
     68     }
     69     PushUp(rt);
     70 }
     71 
     72 __int64 query(int l,int r,int rt)
     73 {
     74     if(l == tree[rt].l && r == tree[rt].r)
     75     {
     76         return sum[rt];
     77     }
     78     PushDown(rt,tree[rt].r - tree[rt].l + 1);
     79     int m = tree[rt].mid();
     80     __int64 res = 0;
     81     if(r <= m) res += query(l,r,rt<<1);
     82     else if(l > m) res += query(l,r,rt<<1|1);
     83     else
     84     {
     85        res += query(l,m,rt<<1);
     86        res += query(m+1,r,rt<<1|1);
     87     }
     88     return res;
     89 }
     90 
     91 int main()
     92 {
     93     int n,m;
     94     while(~scanf("%d %d",&n,&m))
     95     {
     96         build(1,n,1);
     97         while(m--)
     98         {
     99             char ch[2];
    100             scanf("%s",ch);
    101             int a,b,c;
    102             if(ch[0] == 'Q')
    103             {
    104                 scanf("%d %d", &a,&b);
    105                 printf("%I64d
    ",query(a,b,1));
    106             }
    107 
    108             else
    109             {
    110                 scanf("%d %d %d",&a,&b,&c);
    111                 update(c,a,b,1);
    112             }
    113         }
    114     }
    115     return 0;
    116 }
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