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:

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<span  class = "com" >#define</span><span  class = "pln" > lson l</span><span  class = "pun" >,</span><span  class = "pln" >m</span><span  class = "pun" >,</span><span  class = "pln" >rt</span><span  class = "pun" ><<</span><span  class = "lit" >1</span><span  class = "pln" >
</span><span  class = "com" >#define</span><span  class = "pln" > rson m</span><span  class = "pun" >+</span><span  class = "lit" >1</span><span  class = "pun" >,</span><span  class = "pln" >r</span><span  class = "pun" >,</span><span  class = "pln" >rt</span><span  class = "pun" ><<</span><span  class = "lit" >1</span><span  class = "pun" >|</span><span  class = "lit" >1</span>

 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

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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];
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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

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 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 }
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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。

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 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 }
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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

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 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 }
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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:

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  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 { 53if(tree[rt].l == l && r == tree[rt].r)54{55 add[rt]+= c;56 sum[rt]+=(__int64)c *(r-l+1);57return;58}59if(tree[rt].l == tree[rt].r)return;60PushDown(rt,tree[rt].r - tree[rt].l +1);61int m = tree[rt].mid();62if(r <= m) update(c,l,r,rt<<1);63elseif(l > m) update(c,l,r,rt<<1|1);64else65{66 update(c,l,m,rt<<1);67 update(c,m+1,r,rt<<1|1);68}69PushUp(rt);70}7172 __int64 query(int l,int r,int rt)73{74if(l == tree[rt].l && r == tree[rt].r)75{76return sum[rt];77}78PushDown(rt,tree[rt].r - tree[rt].l +1);79int m = tree[rt].mid();80 __int64 res =0;81if(r <= m) res += query(l,r,rt<<1);82elseif(l > m) res += query(l,r,rt<<1|1);83else84{85 res += query(l,m,rt<<1);86 res += query(m+1,r,rt<<1|1);87}88return res;89}9091int main()92{93int n,m;94while(~scanf("%d %d",&n,&m))95{96 build(1,n,1);97while(m--)98{99char ch[2];100 scanf("%s",ch);101int a,b,c;102if(ch[0]=='Q')103{104 scanf("%d %d",&a,&b);105 printf("%I64d\n",query(a,b,1));106}107108else109{110 scanf("%d %d %d",&a,&b,&c);111 update(c,a,b,1);112}113}114}115return0;116}
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