bangbang-ande 发表于 2023-7-23 10:32:39

差分是重要的区间专用数据结构,它有与前缀和不同的优势……
差分数据结构与前缀和正好相反,我们举个例子:
数组012345
a[]025171 9
b[]027242534

假如a[]是输入的数据,那么b[]是a[]的前缀和,这与我们上节课的定义基本一样,那如果b[]是输入数据,那么a[]是b[]的差分。大家可以理解上面那句话的意思了吗?如果不理解,我们通过一个例子:
数组0123455
a[]025171 90
b[]0


我们如何构建a[]的差分呢?那么其实很简单,就是当前位置的数字减掉前面位置的数字。比如b[1]=a[1]-a[0],以此类推。构建出来的数组如下:
数组0123455
a[]025171 90
b[]02312-168-9

这就创建好了一个差分数组。构建差分数组的代码如下:
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
using namespace std;
int a[zxsq-anti-bbcode-1001]={0}, b[zxsq-anti-bbcode-1001];
int n;

int main(void){
        cin>>n;
        for (int i=1; i<=n; i++){
                cin>>a[zxsq-anti-bbcode-i];
        }
        for (int i=1; i<=n+1; i++){
                b[zxsq-anti-bbcode-i]=a[zxsq-anti-bbcode-i]-a[i-1];
        }
        return 0;
}
然后就是我们上节课的三件套:区间添加数,区间求和,区间最大值。而差分最优秀的地方就在于区间添加数。其原理也十分巧妙。

假如我们以上面例子,在[2,4]的中间区间添加数,那么做法很简单,在2的位置+4,在5的位置-4,此时有的同学肯定不理解为什么。

我们画一个图出来:
[attach]174013[/attach]
我们需要知道,在2位置+4是对后面的所有数都+4的,因为差分仅保存两数之间距离,当它根据两数间距离恢复成前缀和数组时,就会知道它对每一个数都+4。那在5位置-4也是同理的。那么在5之后的位置既+4,又-4,就相当于抵消掉了,就只剩下2~4的区间添加了4,我们所需要的任务也完成了,正如下图一样:
[attach]174014[/attach]
代码的写法很简单:
int add(int x, int y, int p){
    b[zxsq-anti-bbcode-x]+=p;
    b[y+1]-=p;
}
然后我们来讲讲区间求和。因为差分数组比较特殊,记的是两个数之间的大小关系,所以我们必须转化为简单的方式,转化为普通数组的形式,然后使用普通数组做简单的加法的形式去输出就可以了。比如说以下例子:
数组0123456
b[]02712-164-9

我们就应该根据b数组的差分形式重新构建普通数组,构建方法很简单,就是通过从1开始循环到6,然后将前面一位数的值加上当前差分的值,存入c[]即可,比如在c[1]的位置,就加入b[1]的差分结果,在c[2]的位置,就是c[1]+b[2]的结果。遍历之后的结果如下:
数组0123456
b[]02712-164-9
b[]02921590
然后区间求和的话就循环求和,没有什么难的,代码如下:
int sum(int x, int y){
    int c[zxsq-anti-bbcode-1000]={0};
    for (int i=1; i<=n+1; i++){
        c[zxsq-anti-bbcode-i]=c[i-1]+b[zxsq-anti-bbcode-i];
    }
    int ans=0; //存储总和的变量
    for (int i=x; i<=y; i++){
        ans+=c[zxsq-anti-bbcode-i];
    }
    return ans;
}
当然,该程序还可以优化,方法就是将c[]改为c动态变量,那么每一个循环就得到当前的数字,那么我们只要将属于区间内的数字相加即可,不理解的自行理解程序……代码如下:
int sum(int x, int y){
    int c=0, ans=0;
    for (int i=1; i<=n+1; i++){
        c+=b[zxsq-anti-bbcode-i];
        if (i>=x&&i<=y){
            ans+=c;
        }
    }
    return ans;
}
总的来说,程序的时间复杂度为O(n)
最后说说区间最大值,方法与区间求和类似,同样先求出原始数组,然后再找区间中的最大值,而优化方法也是用区间变量的方法,代码如下:
int max1(int x, int y){
    int c=0, lmax=0;
    for (int i=1; i<=n+1; i++){
        c+=b[zxsq-anti-bbcode-i];
        if (i>=x&&i<=y){
            if (lmax<c){
                lmax=c;
            }
        }
    }
    return lmax;
}
时间复杂度依旧为O(n),速度依旧不快。
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Ewan-Ahiouy 发表于 2023-7-23 10:33:41

沙发~学习了{:10_257:}

歌者文明清理员 发表于 2023-7-23 11:07:47

{:5_106:}

zhangjinxuan 发表于 2023-7-23 11:37:44

若 s 是 a 的前缀和数组,那么 a 是 s 的差分{:10_256:}

sfqxx 发表于 2023-7-23 11:43:59

zhangjinxuan 发表于 2023-7-23 11:37
若 s 是 a 的前缀和数组,那么 a 是 s 的差分

看群里消息

zhangjinxuan 发表于 2023-7-23 11:45:35

sfqxx 发表于 2023-7-23 11:43
看群里消息

什么群,没有啊,rating马上算

sfqxx 发表于 2023-7-23 11:46:56

zhangjinxuan 发表于 2023-7-23 11:45
什么群,没有啊,rating马上算

就是Evan的atcider用户名错误

输入法不管了

zhangjinxuan 发表于 2023-7-23 11:52:58

sfqxx 发表于 2023-7-23 11:46
就是Evan的atcider用户名错误

输入法不管了

???

Ewan-Ahiouy 发表于 2023-7-24 15:04:01

sfqxx 发表于 2023-7-23 11:46
就是Evan的atcider用户名错误

输入法不管了

《Evan》

sfqxx 发表于 2023-7-24 15:11:04

Ewan-Ahiouy 发表于 2023-7-24 15:04
《Evan》

Fxcjcj 发表于 2023-7-24 15:26:00

学习
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