【Lintcode】840. Range Sum Query - Mutable

题目地址:

https://www.lintcode.com/problem/range-sum-query-mutable/description

给定一个数组,要求设计一个数据结构,支持区间和的查询,以及单点修改。

树状数组(Fenwick Tree)是解决这个问题的经典数据结构。设原数组是AA,树状数组类似于前缀和数组,可以以O(logn)O(\log n)的时间计算出AA的前ii个数之和;但与前缀和数组不同的是,它可以以O(logn)O(\log n)的时间做单点更新(树状数组里的单点更新的意思是,将原数组的第ii个位置的数增加Δ\Delta,对应的树状数组做对应的更新),而对于前缀和数组来说,做单点更新的时候会花费O(n)O(n)的时间。具体可以参考https://blog.csdn.net/qq_46105170/article/details/103870987。代码如下:

public class NumArray {
    
    class FenwickTree {
        
        private int[] tree;
        
        public FenwickTree(int[] nums) {
        	// 树状数组和前缀和类似,需要开原数组长度多一个位置,
        	// 但多开一个位置的原因和前缀和数组不太一样,它由树状数组本身的性质有关
            tree = new int[nums.length + 1];
            // 一开始树状数组对应的是元素全是0的数组,
            // 初始化的时候其实就是做若干次单点更新,即将每个数字加进去
            for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
                add(i + 1, nums[i]);
            }
        }
        
        // 单点更新,将原数组的第i个数(从1开始数)增加d
        public void add(int i, int d) {
            while (i <= tree.length - 1) {
                tree[i] += d;
                i += lowbit(i);
            }
        }
        
        // 求原数组前i个数的和(从1开始数)
        public int sum(int i) {
            int sum = 0;
            while (i > 0) {
                sum += tree[i];
                i -= lowbit(i);
            }
            
            return sum;
        }
        
        private int lowbit(int x) {
            return x & -x;
        }
    }
    
    FenwickTree tree;
    // 还需要把给定数组的引用存一下,
    // 目的是,在做update的时候需要知道相比原数组增加的d是多少
    int[] nums;
    
    public NumArray(int[] nums) {
        tree = new FenwickTree(nums);
        this.nums = nums;
    }
    
    public void update(int i, int val) {
    	// 将nums[i]更新为val,等价于将nums[i]增加val - nums[i],
    	// 对于树状数组来说,就是将第i + 1个数增加val - nums[i],
    	// 同时需要将原数组也做相应的变化,以便于下一次对树状数组做add操作
        tree.add(i + 1, val - nums[i]);
        nums[i] = val;
    }
    
    public int sumRange(int i, int j) {
    	// 返回原数组的第i + 1个数到第j + 1个数之和
        return tree.sum(j + 1) - tree.sum(i);
    }
}

预处理时间O(nlogn)O(n\log n),区间和查询和单点修改时间都是O(logn)O(\log n),空间O(n)O(n)

注解:
类里也可以不存原数组的引用,直接利用树状数组的sum方法也可以查到原数组某个位置的数,然后做update的时候就不需要更新原数组了。但这样做的话时间会慢一点,因为要多执行两次sum操作。

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