ДВОИЧНО ИНДЕКСИРАНО ДЪРВО: АКТУАЛИЗАЦИЯ НА ДИАПАЗОН И ЗАЯВКИ ЗА ДИАПАЗОН

Даден е масив arr[0..N-1]. Трябва да се извършат следните операции.

актуализация (l r стойност) : Добавете „val“ към всички елементи в масива от [l r].
getRangeSum(l r) : Намерете сумата от всички елементи в масива от [l r].

Първоначално всички елементи в масива са 0. Заявките могат да бъдат в произволен ред, т.е. може да има много актуализации преди сумата на диапазона.

Пример:

вход: N = 5 // {0 0 0 0 0}
Запитвания: актуализация: l = 0 r = 4 стойност = 2
актуализация: l = 3 r = 4 стойност = 3
getRangeSum: l = 2 r = 4

Изход: Сумата от елементите на обхват [2 4] е 12
Обяснение: Масивът след първата актуализация става {2 2 2 2 2}
Масивът след втората актуализация става {2 2 2 5 5}

Наивен подход: За да разрешите проблема, следвайте идеята по-долу:

В предишен пост обсъдихме актуализацията на обхвата и решенията за заявка на точки с помощта на BIT.
rangeUpdate(l r val) : Добавяме 'val' към елемента с индекс 'l'. Изваждаме 'val' от елемента с индекс 'r+1'.
getElement(index) [или getSum()]: Връщаме сума от елементи от 0 до индекс, която може бързо да бъде получена с помощта на BIT.
Можем да изчислим rangeSum() с помощта на getSum() заявки.
rangeSum(l r) = getSum(r) - getSum(l-1)
маса за реагиране

Просто решение е да използвате решенията, обсъдени в предишен пост . Заявката за актуализиране на диапазона е същата. Заявка за сума на диапазон може да бъде постигната чрез извършване на заявка за получаване за всички елементи в диапазона.

Ефикасен подход: За да разрешите проблема, следвайте идеята по-долу:

Получаваме сума на диапазона, като използваме префиксни суми. Как да се уверите, че актуализацията е направена по начин, така че сумата на префикса да може да се извърши бързо? Помислете за ситуация, при която префикс sum [0 k] (където 0<= k < n) is needed after range update on the range [l r]. Three cases arise as k can possibly lie in 3 regions.

Случай 1 : 0< k < l
Заявката за актуализиране няма да повлияе на заявката за сума.
Случай 2 : л<= k <= r
Помислете за пример: Добавете 2 към диапазон [2 4], резултатният масив ще бъде: 0 0 2 2 2
Ако k = 3 Сумата от [0 k] = 4
Как да получите този резултат?
Просто добавете стойността от l^thиндекс към k^thиндекс. Сумата се увеличава с 'val*(k) - val*(l-1)' след заявката за актуализиране.

Случай 3 : k > r
За този случай трябва да добавим 'val' от l^thиндекс към r^thиндекс. Сумата се увеличава с „val*r – val*(l-1)“ поради заявка за актуализиране.

Наблюдения:

Случай 1: е проста, тъй като сумата ще остане същата, както беше преди актуализацията.

Случай 2: Сумата беше увеличена с val*k - val*(l-1). Можем да намерим „val“, това е подобно на намирането на i^thелемент в актуализация на диапазона и статия за заявка на точки . Така че поддържаме един BIT за обновяване на обхвата и заявки за точки, този BIT ще бъде полезен при намиране на стойността при k^thиндекс. Сега val * k се изчислява как да се справи с допълнителния термин val*(l-1)?
За да се справим с този допълнителен срок, ние поддържаме друг BIT (BIT2). Актуализиране на стойност * (l-1) при l^thиндекс, така че когато заявката getSum се изпълни на BIT2, ще даде резултат като val*(l-1).

Случай 3: Сумата в случай 3 беше увеличена с 'val*r - val *(l-1)' стойността на този член може да бъде получена с помощта на BIT2. Вместо да добавяме, ние изваждаме 'val*(l-1) - val*r', тъй като можем да получим тази стойност от BIT2 чрез добавяне на val*(l-1), както направихме в случай 2 и изваждане на val*r при всяка операция за актуализиране.

Заявка за актуализиране

Актуализация (BITree1 l стойност)
Актуализация (BITree1 r+1 -val)
UpdateBIT2(BITree2 l val*(l-1))
UpdateBIT2(BITree2 r+1 -val*r)

Обхват Сума

getSum(BITTree1 k) *k) - getSum(BITTree2 k)
инсталирайте maven

Следвайте стъпките по-долу, за да разрешите проблема:

Създайте двете двоични индексни дървета, като използвате дадената функция constructBITree()
За да намерите сумата в даден диапазон, извикайте функцията rangeSum() с параметри като дадения диапазон и двоично индексирани дървета
- Извикайте функция сума, която ще върне сума в диапазона [0 X]
- Върнете сума(R) - сума(L-1)
  - Вътре в тази функция извикайте функцията getSum(), която ще върне сумата на масива от [0 X]
  - Връща getSum(Tree1 x) * x - getSum(tree2 x)
  - Във функцията getSum() създайте цяло число, равно на нула, и увеличете индекса с 1
  - Докато индексът е по-голям от нула, увеличете сумата с Tree[index]
  - Намалете индекса с (index & (-index)), за да преместите индекса към родителския възел в дървото
  - Сума за връщане
Отпечатайте сумата в дадения диапазон

По-долу е изпълнението на горния подход:

C++

// C++ program to demonstrate Range Update // and Range Queries using BIT #include    using namespace std; // Returns sum of arr[0..index]. This function assumes // that the array is preprocessed and partial sums of // array elements are stored in BITree[] int getSum(int BITree[] int index) {  int sum = 0; // Initialize result  // index in BITree[] is 1 more than the index in arr[]  index = index + 1;  // Traverse ancestors of BITree[index]  while (index > 0) {  // Add current element of BITree to sum  sum += BITree[index];  // Move index to parent node in getSum View  index -= index & (-index);  }  return sum; } // Updates a node in Binary Index Tree (BITree) at given // index in BITree. The given value 'val' is added to // BITree[i] and all of its ancestors in tree. void updateBIT(int BITree[] int n int index int val) {  // index in BITree[] is 1 more than the index in arr[]  index = index + 1;  // Traverse all ancestors and add 'val'  while (index <= n) {  // Add 'val' to current node of BI Tree  BITree[index] += val;  // Update index to that of parent in update View  index += index & (-index);  } } // Returns the sum of array from [0 x] int sum(int x int BITTree1[] int BITTree2[]) {  return (getSum(BITTree1 x) * x) - getSum(BITTree2 x); } void updateRange(int BITTree1[] int BITTree2[] int n  int val int l int r) {  // Update Both the Binary Index Trees  // As discussed in the article  // Update BIT1  updateBIT(BITTree1 n l val);  updateBIT(BITTree1 n r + 1 -val);  // Update BIT2  updateBIT(BITTree2 n l val * (l - 1));  updateBIT(BITTree2 n r + 1 -val * r); } int rangeSum(int l int r int BITTree1[] int BITTree2[]) {  // Find sum from [0r] then subtract sum  // from [0l-1] in order to find sum from  // [lr]  return sum(r BITTree1 BITTree2)  - sum(l - 1 BITTree1 BITTree2); } int* constructBITree(int n) {  // Create and initialize BITree[] as 0  int* BITree = new int[n + 1];  for (int i = 1; i <= n; i++)  BITree[i] = 0;  return BITree; } // Driver code int main() {  int n = 5;  // Construct two BIT  int *BITTree1 *BITTree2;  // BIT1 to get element at any index  // in the array  BITTree1 = constructBITree(n);  // BIT 2 maintains the extra term  // which needs to be subtracted  BITTree2 = constructBITree(n);  // Add 5 to all the elements from [04]  int l = 0 r = 4 val = 5;  updateRange(BITTree1 BITTree2 n val l r);  // Add 10 to all the elements from [24]  l = 2 r = 4 val = 10;  updateRange(BITTree1 BITTree2 n val l r);  // Find sum of all the elements from  // [14]  l = 1 r = 4;  cout << 'Sum of elements from [' << l << '' << r  << '] is ';  cout << rangeSum(l r BITTree1 BITTree2) << 'n';  return 0; }

Java

// Java program to demonstrate Range Update // and Range Queries using BIT import java.util.*; class GFG {  // Returns sum of arr[0..index]. This function assumes  // that the array is preprocessed and partial sums of  // array elements are stored in BITree[]  static int getSum(int BITree[] int index)  {  int sum = 0; // Initialize result  // index in BITree[] is 1 more than the index in  // arr[]  index = index + 1;  // Traverse ancestors of BITree[index]  while (index > 0) {  // Add current element of BITree to sum  sum += BITree[index];  // Move index to parent node in getSum View  index -= index & (-index);  }  return sum;  }  // Updates a node in Binary Index Tree (BITree) at given  // index in BITree. The given value 'val' is added to  // BITree[i] and all of its ancestors in tree.  static void updateBIT(int BITree[] int n int index  int val)  {  // index in BITree[] is 1 more than the index in  // arr[]  index = index + 1;  // Traverse all ancestors and add 'val'  while (index <= n) {  // Add 'val' to current node of BI Tree  BITree[index] += val;  // Update index to that of parent in update View  index += index & (-index);  }  }  // Returns the sum of array from [0 x]  static int sum(int x int BITTree1[] int BITTree2[])  {  return (getSum(BITTree1 x) * x)  - getSum(BITTree2 x);  }  static void updateRange(int BITTree1[] int BITTree2[]  int n int val int l int r)  {  // Update Both the Binary Index Trees  // As discussed in the article  // Update BIT1  updateBIT(BITTree1 n l val);  updateBIT(BITTree1 n r + 1 -val);  // Update BIT2  updateBIT(BITTree2 n l val * (l - 1));  updateBIT(BITTree2 n r + 1 -val * r);  }  static int rangeSum(int l int r int BITTree1[]  int BITTree2[])  {  // Find sum from [0r] then subtract sum  // from [0l-1] in order to find sum from  // [lr]  return sum(r BITTree1 BITTree2)  - sum(l - 1 BITTree1 BITTree2);  }  static int[] constructBITree(int n)  {  // Create and initialize BITree[] as 0  int[] BITree = new int[n + 1];  for (int i = 1; i <= n; i++)  BITree[i] = 0;  return BITree;  }  // Driver Program to test above function  public static void main(String[] args)  {  int n = 5;  // Contwo BIT  int[] BITTree1;  int[] BITTree2;  // BIT1 to get element at any index  // in the array  BITTree1 = constructBITree(n);  // BIT 2 maintains the extra term  // which needs to be subtracted  BITTree2 = constructBITree(n);  // Add 5 to all the elements from [04]  int l = 0 r = 4 val = 5;  updateRange(BITTree1 BITTree2 n val l r);  // Add 10 to all the elements from [24]  l = 2;  r = 4;  val = 10;  updateRange(BITTree1 BITTree2 n val l r);  // Find sum of all the elements from  // [14]  l = 1;  r = 4;  System.out.print('Sum of elements from [' + l + ''  + r + '] is ');  System.out.print(rangeSum(l r BITTree1 BITTree2)  + 'n');  } } // This code is contributed by 29AjayKumar

Python3

# Python3 program to demonstrate Range Update # and Range Queries using BIT # Returns sum of arr[0..index]. This function assumes # that the array is preprocessed and partial sums of # array elements are stored in BITree[] def getSum(BITree: list index: int) -> int: summ = 0 # Initialize result # index in BITree[] is 1 more than the index in arr[] index = index + 1 # Traverse ancestors of BITree[index] while index > 0: # Add current element of BITree to sum summ += BITree[index] # Move index to parent node in getSum View index -= index & (-index) return summ # Updates a node in Binary Index Tree (BITree) at given # index in BITree. The given value 'val' is added to # BITree[i] and all of its ancestors in tree. def updateBit(BITTree: list n: int index: int val: int) -> None: # index in BITree[] is 1 more than the index in arr[] index = index + 1 # Traverse all ancestors and add 'val' while index <= n: # Add 'val' to current node of BI Tree BITTree[index] += val # Update index to that of parent in update View index += index & (-index) # Returns the sum of array from [0 x] def summation(x: int BITTree1: list BITTree2: list) -> int: return (getSum(BITTree1 x) * x) - getSum(BITTree2 x) def updateRange(BITTree1: list BITTree2: list n: int val: int l: int r: int) -> None: # Update Both the Binary Index Trees # As discussed in the article # Update BIT1 updateBit(BITTree1 n l val) updateBit(BITTree1 n r + 1 -val) # Update BIT2 updateBit(BITTree2 n l val * (l - 1)) updateBit(BITTree2 n r + 1 -val * r) def rangeSum(l: int r: int BITTree1: list BITTree2: list) -> int: # Find sum from [0r] then subtract sum # from [0l-1] in order to find sum from # [lr] return summation(r BITTree1 BITTree2) - summation( l - 1 BITTree1 BITTree2) # Driver Code if __name__ == '__main__': n = 5 # BIT1 to get element at any index # in the array BITTree1 = [0] * (n + 1) # BIT 2 maintains the extra term # which needs to be subtracted BITTree2 = [0] * (n + 1) # Add 5 to all the elements from [04] l = 0 r = 4 val = 5 updateRange(BITTree1 BITTree2 n val l r) # Add 10 to all the elements from [24] l = 2 r = 4 val = 10 updateRange(BITTree1 BITTree2 n val l r) # Find sum of all the elements from # [14] l = 1 r = 4 print('Sum of elements from [%d%d] is %d' % (l r rangeSum(l r BITTree1 BITTree2))) # This code is contributed by # sanjeev2552

// C# program to demonstrate Range Update // and Range Queries using BIT using System; class GFG {  // Returns sum of arr[0..index]. This function assumes  // that the array is preprocessed and partial sums of  // array elements are stored in BITree[]  static int getSum(int[] BITree int index)  {  int sum = 0; // Initialize result  // index in BITree[] is 1 more than  // the index in []arr  index = index + 1;  // Traverse ancestors of BITree[index]  while (index > 0) {  // Add current element of BITree to sum  sum += BITree[index];  // Move index to parent node in getSum View  index -= index & (-index);  }  return sum;  }  // Updates a node in Binary Index Tree (BITree) at given  // index in BITree. The given value 'val' is added to  // BITree[i] and all of its ancestors in tree.  static void updateBIT(int[] BITree int n int index  int val)  {  // index in BITree[] is 1 more than  // the index in []arr  index = index + 1;  // Traverse all ancestors and add 'val'  while (index <= n) {  // Add 'val' to current node of BI Tree  BITree[index] += val;  // Update index to that of  // parent in update View  index += index & (-index);  }  }  // Returns the sum of array from [0 x]  static int sum(int x int[] BITTree1 int[] BITTree2)  {  return (getSum(BITTree1 x) * x)  - getSum(BITTree2 x);  }  static void updateRange(int[] BITTree1 int[] BITTree2  int n int val int l int r)  {  // Update Both the Binary Index Trees  // As discussed in the article  // Update BIT1  updateBIT(BITTree1 n l val);  updateBIT(BITTree1 n r + 1 -val);  // Update BIT2  updateBIT(BITTree2 n l val * (l - 1));  updateBIT(BITTree2 n r + 1 -val * r);  }  static int rangeSum(int l int r int[] BITTree1  int[] BITTree2)  {  // Find sum from [0r] then subtract sum  // from [0l-1] in order to find sum from  // [lr]  return sum(r BITTree1 BITTree2)  - sum(l - 1 BITTree1 BITTree2);  }  static int[] constructBITree(int n)  {  // Create and initialize BITree[] as 0  int[] BITree = new int[n + 1];  for (int i = 1; i <= n; i++)  BITree[i] = 0;  return BITree;  }  // Driver Code  public static void Main(String[] args)  {  int n = 5;  // Contwo BIT  int[] BITTree1;  int[] BITTree2;  // BIT1 to get element at any index  // in the array  BITTree1 = constructBITree(n);  // BIT 2 maintains the extra term  // which needs to be subtracted  BITTree2 = constructBITree(n);  // Add 5 to all the elements from [04]  int l = 0 r = 4 val = 5;  updateRange(BITTree1 BITTree2 n val l r);  // Add 10 to all the elements from [24]  l = 2;  r = 4;  val = 10;  updateRange(BITTree1 BITTree2 n val l r);  // Find sum of all the elements from  // [14]  l = 1;  r = 4;  Console.Write('Sum of elements from [' + l + '' + r  + '] is ');  Console.Write(rangeSum(l r BITTree1 BITTree2)  + 'n');  } } // This code is contributed by 29AjayKumar

JavaScript

<script> // JavaScript program to demonstrate Range Update // and Range Queries using BIT // Returns sum of arr[0..index]. This function assumes // that the array is preprocessed and partial sums of // array elements are stored in BITree[] function getSum(BITreeindex) {  let sum = 0; // Initialize result    // index in BITree[] is 1 more than the index in arr[]  index = index + 1;    // Traverse ancestors of BITree[index]  while (index > 0)  {  // Add current element of BITree to sum  sum += BITree[index];    // Move index to parent node in getSum View  index -= index & (-index);  }  return sum; } // Updates a node in Binary Index Tree (BITree) at given // index in BITree. The given value 'val' is added to // BITree[i] and all of its ancestors in tree. function updateBIT(BITreenindexval) {  // index in BITree[] is 1 more than the index in arr[]  index = index + 1;    // Traverse all ancestors and add 'val'  while (index <= n)  {  // Add 'val' to current node of BI Tree  BITree[index] += val;    // Update index to that of parent in update View  index += index & (-index);  } } // Returns the sum of array from [0 x] function sum(xBITTree1BITTree2) {  return (getSum(BITTree1 x) * x) - getSum(BITTree2 x); } function updateRange(BITTree1BITTree2nvallr) {  // Update Both the Binary Index Trees  // As discussed in the article    // Update BIT1  updateBIT(BITTree1 n l val);  updateBIT(BITTree1 n r + 1 -val);    // Update BIT2  updateBIT(BITTree2 n l val * (l - 1));  updateBIT(BITTree2 n r + 1 -val * r); } function rangeSum(lrBITTree1BITTree2) {  // Find sum from [0r] then subtract sum  // from [0l-1] in order to find sum from  // [lr]  return sum(r BITTree1 BITTree2) -  sum(l - 1 BITTree1 BITTree2); } function constructBITree(n) {  // Create and initialize BITree[] as 0  let BITree = new Array(n + 1);  for (let i = 1; i <= n; i++)  BITree[i] = 0;    return BITree; } // Driver Program to test above function let n = 5;   // Contwo BIT let BITTree1; let BITTree2; // BIT1 to get element at any index // in the array BITTree1 = constructBITree(n); // BIT 2 maintains the extra term // which needs to be subtracted BITTree2 = constructBITree(n); // Add 5 to all the elements from [04] let l = 0  r = 4  val = 5; updateRange(BITTree1 BITTree2 n val l r); // Add 10 to all the elements from [24] l = 2 ; r = 4 ; val = 10; updateRange(BITTree1 BITTree2 n val l r); // Find sum of all the elements from // [14] l = 1 ; r = 4; document.write('Sum of elements from [' + l  + '' + r+ '] is '); document.write(rangeSum(l r BITTree1 BITTree2)+ '  
'); // This code is contributed by rag2127 </script>

Изход

Sum of elements from [14] is 50

Времева сложност : O(q * log(N)), където q е броят на заявките.
Помощно пространство: O(N)

TechCodeview

Двоично индексирано дърво: Актуализация на диапазон и заявки за диапазон

Наблюдения: