線段樹區間更新操作及Lazy思想(詳解)


此題題意很好懂:
 
 給你N個數,Q個操作,操作有兩種,‘Q a b ’是詢問a~b這段數的和,‘C a b c’是把a~b這段數都加上c。
 

需要用到線段樹的,update:成段增減,query:區間求和
 
介紹Lazy思想:lazy-tag思想,記錄每一個線段樹節點的變化值,當這部分線段的一致性被破壞我們就將這個變化值傳遞給子區間,大大增加了線段樹的效率。
 
在此通俗的解釋我理解的Lazy意思,比如現在需要對[a,b]區間值進行加c操作,那么就從根節點[1,n]開始調用update函數進行操作,如果剛好執行到一個子節點,它的節點標記為rt,這時tree[rt].l== a && tree[rt].r == b 這時我們可以一步更新此時rt節點的sum[rt]的值,sum[rt] += c* (tree[rt].r - tree[rt].l + 1),注意關鍵的時刻來了,如果此時按照常規的線段樹的update操作,這時候還應該更新rt子節點的sum[]值,而Lazy思想恰恰是暫時不更新rt子節點的sum[]值,到此就return,直到下次需要用到rt子節點的值的時候才去更新,這樣避免許多可能無用的操作,從而節省時間。
 
下面通過具體的代碼來說明之。
 
在此先介紹下代碼中的函數說明:

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

 宏定義左兒子lson和右兒子rson,貌似用宏的速度要慢。
 
PushUp(rt):通過當前節點rt把值遞歸向上更新到根節點
 
PushDown(rt):通過當前節點rt遞歸向下去更新rt子節點的值
 
rt表示當前子樹的根(root),也就是當前所在的結點

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];

這里定義數據結構sum用來存儲每個節點的子節點數值的總和,add用來記錄該節點的每個數值應該加多少

tree[].l tree[].r分別表示某個節點的左右區間,這里的區間是閉區間
 
下面直接來介紹update函數,Lazy操作主要就是用在這里

 1 void update(int c,int l,int r,int rt)//表示對區間[l,r]內的每個數均加c,rt是根節點
 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) 這里就是用到Lazy思想的關鍵時刻
正如上面說提到的,這里首先更新該節點的sum[rt]值,然后更新該節點具體每個數值應該加多少即add[rt]的值,注意此時整個函數就運行完了,直接return,而不是還繼續向子節點繼續更新,這里就是Lazy思想,暫時不更新子節點的值。
 
那么什么時候需要更新子節點的值呢?答案是在某部分update操作的時候需要用到那部分沒有更新的節點的值的時候,這里可能有點繞口。這時就掉用PushDown()函數更新子節點的數值。

 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;//更新后需要還原
10     }
11 }

PushDown就是從當前根節點rt向下更新每個子節點的值,這段代碼讀者可以自己好好理解,這也是Lazy的關鍵。 
 

下面再解釋query函數,也就是用這個函數來求區間和

 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 }

第一個if還是區間的判斷和前面update的一樣,到這里就可以知道答案了,所以就直接return。

接下來的查詢就需要用到rt子節點的值了,由於我們用了Lazy操作,這段的數值還沒有更新,因此我們需要調用PushDown函數去更新之,滿足if(add[rt])就說明還沒有更新。
 



到這里整個Lazy思想就算介紹結束了,可能我的語言組織不是很好,如果有不理解的地方可以給我留言,我再解釋大家的疑惑。
 
PS:今天總算是對線段樹入門了。
 

附上此題的代碼:

  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\n",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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