百度百科:
树状数组(Binary Indexed Tree(BIT), Fenwick Tree)是一个查询和修改复杂度都为log(n)的数据结构。主要用于查询任意两位之间的所有
元素之和,但是每次只能修改一个元素的值;经过简单修改可以在log(n)的复杂度下进行范围修改,但是这时只能查询其中一个元素的值。
这种数据结构(算法)并没有C++和Java的库支持,需要自己手动实现。在Competitive Programming的竞赛中被广泛的使用。树状数组
和线段树很像,但能用树状数组解决的问题,基本上都能用线段树解决,而线段树能解决的树状数组不一定能解决。相比较而言,树状数组
效率要高很多。但使用范围比线段树小(如查询每个区间最小值问题需要线段树);
深度剖析:
如果给定一个数组,要你求里面所有数的和,一般都会想到累加。但是当那个数组很大的时候,累加就显得太耗时了,时间复杂度为O(n),
并且采用累加的方法还有一个局限,那就是,当修改掉数组中的元素后,仍然要你求数组中某段元素的和,就显得麻烦了。所以我们就要用到树状数组,
他的时间复杂度为O(lgn),相比之下就快得多。
下面就讲一下什么是树状数组:
一般讲到树状数组都会少不了下面这个图:

下面来分析一下上面那个图看能得出什么规律:
据图可知:c1=a1,c2=a1+a2,c3=a3,c4=a1+a2+a3+a4,c5=a5,c6=a5+a6,c7=a7,<??http://www.2cto.com/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">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"brush:java;">int lowbit(int x) { return x&(-x); //这个神奇的公式是怎么推出来的我也不知道,你用补码算一下是正确的,伟大的公式orz。。 }lowbit()的返回值就是 x中的因子中最多有二的多k次幂 的2^k 次方的值。
求出来 2^k 之后,数组 c 的值就都出来了,接下来我们要求数组中所有元素的和。
(二)求数组的和的算法如下:
(1)首先,令sum=0,转向第二步;
(2)接下来判断,如果 n>0 的话,就令sum=sum+cn转向第三步,否则的话,终止算法,返回 sum 的值;
(3)n=n - lowbit(n)(将n的二进制表示的最后一个零删掉),回第二步。
代码实现:
int Sum(int n)
{
int sum=0;
while(n>0)
{
sum+=c[n];
n=n-lowbit(n);
}
return sum;
}比如我们现在求1-10的和,先算出数组c
c[1] = a1 = 1;
c[2] = a1+a2 = 1+2 = 3;
c[3] = a3 = 3;
c[4] = a1+a2+a3+a4 = 1+2+3+4 = 10;
c[5] = a5 = 5;
c[6] = a6+a5 = 6+5 = 11;
c[7] =a7 = 7;
c[8] = a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8 = (1+8)*8/2=36;
c[9] = a9 = 9;
c[10] = a9+a10= 9+10=19;
….
sum += c[10];(现在代表sum = a9+a10);
n = n -lowbit(10);(n = 10 ? 2 = 8)
sum += c[8] (现在代表sum = a9+a10+a1+...+a8);
n = n -lowbit(10);(n = 8 ? 2 = 0)
结束
你看两步就可以得到结果(别给我说你用高斯公式做。。我现在只是拿这个简单的例子将树状数组);
这个时间复杂度可以优化到logn级
还有如果修改其中的某个值也很快
还是拿上面的例子作比较,现在我将a5 = 5修改成a5 = 50;
那么我们只需要将还有a5的区间全部加45,比如以前c[5],c[6],c[8]这两个区间包含a5,那么就把这两个区间都加上45
代码如下:
void change(int i,int x)
{
while(i<=n)
{
c[i]=c[i]+x;
i=i+lowbit(i);
}
}n = 9;
输入i = 5,x = 45;
c[5] = 5+45 = 50;
i= 5+1 = 6;
c[6] = a5+a6+45;
I = 6+2 = 8;
c[8] = a1+..+a8+45;
I = 8 + 8 = 16;
i> n 退出
修改完以后再次求和就可以体现树状数组的强大所在了
现在举例题深度理解:
Hdu1166
题意:
第一行一个整数T,表示有T组数据。
每组数据第一行一个正整数N(N<=50000),表示敌人有N个工兵营地,接下来有N个正整数,第i个正整数ai代表第i个工兵营地里开始时有ai个人(1<=ai<=50)。
接下来每行有一条命令,命令有4种形式:
(1) Add i j,i和j为正整数,表示第i个营地增加j个人(j不超过30)
(2)Sub i j ,i和j为正整数,表示第i个营地减少j个人(j不超过30);
(3)Query i j ,i和j为正整数,i<=j,表示询问第i到第j个营地的总人数;
(4)End 表示结束,这条命令在每组数据最后出现;
每组数据最多有40000条命令
output:
对第i组数据,首先输出“Case i:”和回车,
对于每个Query询问,输出一个整数并回车,表示询问的段中的总人数,这个数保持在int以内。
Sample Input
1
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Query 1 3
Add 3 6
Query 2 7
Sub 10 2
Add 6 3
Query 3 10
End
Sample Output
Case 1:
6
33
59
这是一道模板题:请直接分析代码即可,注意这种题目cin和cout容易TLE
#include
#include
#include
#include
using namespace std; int N; int a[50010]; int c[50010]; int lowbit(int x) { return x&-x; } void update(int i , int num) { while(i <= N) { c[i] += num; i += lowbit(i); } } int getsum(int x) { int sum = 0; while(x > 0) { sum += c[x]; x -= lowbit(x); } return sum; } int main() { int t,z; scanf("%d",&t); z = 1; while(t--) { scanf("%d",&N); memset(c,0,sizeof(c)); for(int i = 1; i <= N; i++) { int m; scanf("%d",&m); update(i,m); } printf("Case %d:\n",z++); char str[10]; while(scanf("%s",str) && str[0] != 'E') { if(str[0] == 'Q') { int i,j; scanf("%d%d",&i,&j); printf("%d\n",getsum(j) - getsum(i-1)); } else if(str[0] == 'A') { int x,y; scanf("%d%d",&x,&y); update(x,y); } else if(str[0] == 'S') { int p,q; scanf("%d%d",&p,&q); update(p,-q); } } } return 0; }
如果还有什么不懂的或者有疑问的地方敬请沟通!