【学习笔记】线段树浅谈

【学习笔记】线段树浅谈

线段树，顾名思义，就是一棵树，上面的每个节点由一个“线段”构成，然后组成了一棵除去了最后一层外，是完全二叉树的树，又叫区间树，作用主要是单点修改，区间修改和区间查询，这里拿线段树的区间和来举例子

线段树的构建

线段树是一棵完全二叉树，我们可以可以按照与二叉堆相似的储存节点的方式，根节点为k，左子树为k<<1,右子树则为k<<1|1,因为树是递归定义的，所以我们开始递归建树。

1.建立结构体，用于存树

因为完全二叉树对应一个长度为a的区间，它需要的节点个数为4a，因此，我们要把树的大小开到区间长度的四倍

const int maxn=1000010;
struct tree{
	int l,r;
	long long dat,add,mul;
}t[maxn*4+5];

2.建立上传

因为每次建一棵树，父节点都要有相对应的数据更新，因此我们需要pushup来上传子节点的数据

void pushup(int k)
{
	t[k].dat=(t[k<<1].dat+t[k<<1|1].dat)%p;
}

3.递归建树

然后用递归建树

//k代表当前节点，l代表当前节点的左端点，r代表当前节点的右端点 
void build(int k,int l,int r)
{
	//储存一下左端点和右端点，方便以后调用
	//同时做一下延迟标记的初始化 
	t[k].l=l,t[k].r=r;
	t[k].add=0,t[k].mul=1;
	if(l==r)
	{
		t[k].dat=a[l];//如果到区间长度为1的时候，那么这个时候就等于对应的数字 
		return ;
	}
	int mid=(l+r)>>1;
	build(k<<1,l,mid);//递归建左子树 
	build(k<<1|1,mid+1,r);//递归建右子树 
	pushup(k);//向父节点输送左子树和右子树的数据 
	t[k].dat%=p;
	return ;
}

这样，一棵线段树就建好了

线段树的操作

对于线段树，我们肯定不仅仅满足于建好一棵线段树，最主要的是，我们要用它做一些什么事情，来帮助我们更好地解决我们需要解决的问题。

前面说过，线段树的操作主要是点的修改和区间的数据查询，我们先说一说点的修改

1.点的修改

因为线段树是用递归定义的，因此，我们点的修改也可以用递归来进行修改这里不过多赘述，因为重要的在后面

2.区间修改

区间修改有两种修改方式，第一种是对应的某一个区间里面的数，每一个加上一个数，另一种是对应区间里面的数，每一个乘上一个数字。

对于加上一个数的方式，我们直接类似于点的修改，但是我们会发现，有一些树是并没有用到的，也就是说，我们每次在更新的时候去更新下一个节点，然后数据继续往下更新，我们就会造成很大的空间与时间的冗余，这些空间和时间都很大，我们都用得到！而且可以节省很大一部分空间！

因此，我们在这里就要使用一种特殊的操作，延迟标记，然后我们就可以节省大量的空间，以及时间，从而加快线段树的速度

大家可以看到，在之前的结构体定义中有add和mul，它们就分别是线段树加法和乘法的延迟标记

然后延迟标记在我们使用某棵树的时候需要传递下去，因此，我们与pushup相类似，我们要使用一个pushdown

void pushdown(int k)
{
	//传递节点 
	t[k<<1].dat=(t[k<<1].dat*t[k].mul+t[k].add*(t[k<<1].r-t[k<<1].l+1))%p;
	t[k<<1|1].dat=(t[k<<1|1].dat*t[k].mul+t[k].add*(t[k<<1|1].r-t[k<<1|1].l+1))%p;
	//传递乘法的懒惰标记 
	t[k<<1].mul=(t[k].mul*t[k<<1].mul)%p;
	t[k<<1|1].mul=(t[k].mul*t[k<<1|1].mul)%p;
	//传递加法的懒惰标记 
	t[k<<1].add=(t[k<<1].add*t[k].mul+t[k].add)%p;
	t[k<<1|1].add=(t[k<<1|1].add*t[k].mul+t[k].add)%p;
	//还原父节点，因为子节点已经更新过了 
	t[k].add=0;
	t[k].mul=1;
}

然后我们就可以快乐的进行区间修改了

void updata1(int k,int l,int r,int v)
{
	if(l<=t[k].l&&r>=t[k].r)
	{
		t[k].dat=(t[k].dat*v)%p;
		t[k].mul=(t[k].mul*v)%p;
		return ;
	}
	pushdown(k);
	int mid=(l+r)>>1;
	if(l<=mid)
	updata1(k<<1,l,r,v);
	if(r>mid)
	updata1(k<<1|1,l,r,v);
	pushup(k);
}
void updata2(int k,int l,int r,int v)
{
	if(l<=t[k].l&&r>=t[k].r)
	{
		t[k].dat=(t[k].dat+v*(t[k].r-t[k].l+1)%p;
		t[k].mul=(t[k].add+v)%p;
		return ;
	}
	pushdown(k);
	int mid=(l+r)>>1;
	if(l<=mid)
	updata2(k<<1,l,r,v);
	if(r>mid)
	updata2(k<<1|1,l,r,v);
	pushup(k);
}

3.区间查询

区间查询和区间修改实际上差不多，但是要注意返回值的时候要

模，不然会出问题

long long query(int k,int l,int r)
{
	if(l<=t[k].r&&r>=t[k].r)
	return t[k].dat;
	pushdown(k);
	long long ans=0;
	int mid=(l+r)>>1;
	if(l<=mid)
	ans=(ans+query(k<<1,l,r))%p;
	if(r>mid)
	ans=(ans+query(k<<1|1,l,r))%p;
	return ans%p; 
}

这就是线段树的模板了

最终代码

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cstring>
#include <string>
using namespace std;
const int maxn=100010;
int n,m,p;
int a[maxn];
struct tree{
	int l,r;
	long long dat,add,mul;
}t[maxn*4+5];
void pushup(int k)
{
	t[k].dat=(t[k<<1].dat+t[k<<1|1].dat)%p;
}
void pushdown(int k)
{
	//传递节点 
	t[k<<1].dat=(t[k<<1].dat*t[k].mul+t[k].add*(t[k<<1].r-t[k<<1].l+1))%p;
	t[k<<1|1].dat=(t[k<<1|1].dat*t[k].mul+t[k].add*(t[k<<1|1].r-t[k<<1|1].l+1))%p;
	//传递乘法的懒惰标记 
	t[k<<1].mul=(t[k].mul*t[k<<1].mul)%p;
	t[k<<1|1].mul=(t[k].mul*t[k<<1|1].mul)%p;
	//传递加法的懒惰标记 
	t[k<<1].add=(t[k<<1].add*t[k].mul+t[k].add)%p;
	t[k<<1|1].add=(t[k<<1|1].add*t[k].mul+t[k].add)%p;
	//还原父节点，因为子节点已经更新过了 
	t[k].add=0;
	t[k].mul=1;
}
//k代表当前节点，l代表当前节点的左端点，r代表当前节点的右端点 
void build(int k,int l,int r)
{
	//储存一下左端点和右端点，方便以后调用
	//同时做一下延迟标记的初始化 
	t[k].l=l,t[k].r=r;
	t[k].add=0,t[k].mul=1;
	if(l==r)
	{
		t[k].dat=a[l];//如果到区间长度为1的时候，那么这个时候就等于对应的数字 
		return ;
	}
	int mid=(l+r)>>1;
	build(k<<1,l,mid);//递归建左子树 
	build(k<<1|1,mid+1,r);//递归建右子树 
	pushup(k);//向父节点输送左子树和右子树的数据 
	t[k].dat%=p;
	return ;
}
void updata1(int k,int l,int r,int v)
{
	if(l<=t[k].l&&r>=t[k].r)
	{
		t[k].dat=(t[k].dat*v)%p;
		t[k].mul=(t[k].mul*v)%p;
		return ;
	}
	pushdown(k);
	int mid=(l+r)>>1;
	if(l<=mid)
	updata1(k<<1,l,r,v);
	if(r>mid)
	updata1(k<<1|1,l,r,v);
	pushup(k);
}
void updata2(int k,int l,int r,int v)
{
	if(l<=t[k].l&&r>=t[k].r)
	{
		t[k].dat=(t[k].dat+v*(t[k].r-t[k].l+1))%p;
		t[k].mul=(t[k].add+v)%p;
		return ;
	}
	pushdown(k);
	int mid=(l+r)>>1;
	if(l<=mid)
	updata2(k<<1,l,r,v);
	if(r>mid)
	updata2(k<<1|1,l,r,v);
	pushup(k);
}
long long query(int k,int l,int r)
{
	if(l<=t[k].r&&r>=t[k].r)
	return t[k].dat;
	pushdown(k);
	long long ans=0;
	int mid=(l+r)>>1;
	if(l<=mid)
	ans=(ans+query(k<<1,l,r))%p;
	if(r>mid)
	ans=(ans+query(k<<1|1,l,r))%p;
	return ans%p; 
}
int main()
{
	
}