树状数组(Binary Indexed Tree, BIT)
树状数组(Binary Indexed Tree, BIT)
树状数组(Binary Indexed Tree, BIT),也称为 Fenwick Tree,是一种用于高效处理数组前缀和查询和单点更新的数据结构。它能够在 (O(\log n)) 时间内完成单点更新和前缀和查询操作。
基本概念
- 前缀和:给定一个数组
a
,前缀和prefix_sum[i]
表示a[0] + a[1] + ... + a[i]
。 - 单点更新:更新数组
a
中的某个元素a[i]
。
树状数组的结构
树状数组通过一种特殊的方式组织数组元素,使得前缀和查询和单点更新都能高效进行。具体来说,树状数组 bit
是一个与原数组 a
大小相同的数组,但它的每个元素 bit[i]
存储的是原数组 a
中某些元素的和。
树状数组的构建
-
更新操作:
- 更新
a[i]
时,需要更新bit
中所有包含a[i]
的元素。 - 具体操作是:从
i
开始,不断将i
加上其最低位的 1,直到超出数组范围。
- 更新
-
查询操作:
- 查询
a[0] + a[1] + ... + a[i]
时,需要累加bit
中某些元素的值。 - 具体操作是:从
i
开始,不断将i
减去其最低位的 1,直到i
变为 0。
- 查询
lowbit
原理
lowbit
是一个在树状数组(Binary Indexed Tree, BIT)中常用的操作,用于获取一个整数的二进制表示中最低位的 1 及其后面的 0 所构成的数值。具体来说,lowbit(x)
返回的是 x
的二进制表示中最低位的 1 及其后面的 0 所构成的数值。
原理
lowbit
的原理基于补码表示法。对于一个正整数 x
,其 lowbit
可以通过以下公式计算:
[ \text{lowbit}(x) = x & (-x) ]
这里的 &
表示按位与操作。
解释
-
补码表示:
- 在计算机中,负数通常以补码形式存储。对于一个正整数
x
,其负数-x
的补码表示是x
的二进制表示按位取反后加 1。
- 在计算机中,负数通常以补码形式存储。对于一个正整数
-
按位与操作:
- 按位与操作
&
会将两个数的二进制表示中对应位都为 1 的位保留,其他位变为 0。
- 按位与操作
-
计算
lowbit
:- 对于一个正整数
x
,其补码表示-x
的二进制形式中,最低位的 1 及其后面的 0 会与x
的二进制形式中相同位置的 1 对应。 - 因此,
x & (-x)
的结果就是x
的二进制表示中最低位的 1 及其后面的 0 所构成的数值。
- 对于一个正整数
示例
假设 x = 6
,其二进制表示为 0110
:
x
的补码表示-x
是-6
,其二进制表示为1010
(按位取反后加 1)。- 进行按位与操作:
0110
(6)1010
(-6)0010
(2)
因此,lowbit(6)
的结果是 2
。
以下是一个简单的 lowbit
函数实现:
int lowbit(int x) {
return x & -x;
}
代码实现
#include<bits/stdc++.h>
#define int long long
using namespace std;
const int N=5e5+100,mod=998244353;
typedef long long ll;
typedef pair<int,int> PII;
int T;
int n,m;
int a[N];
int c[N];
int lowbit(int x)
{
return x&(-x);
}
int query(int x)
{
int s=0;
for(;x>0;x-=lowbit(x))
{
s+=c[x];
}
return s;
}
void modify(int id,int x)
{
for(;id<=n;id+=lowbit(id))
{
c[id]+=x;
}
}
void solve()
{
cin>>n>>m;
for(int i=1;i<=n;i++) cin>>a[i],modify(i,a[i]);
while(m--)
{
int id,x,y;
cin>>id>>x>>y;
if(id==1) modify(x,y);
else cout<<query(y)-query(x-1)<<endl;
}
}
signed main()
{
ios::sync_with_stdio(0),cin.tie(0),cout.tie(0);
T=1;
//cin>>T;
while(T--)
{
solve();
}
return 0;
}