java——线段树 SegmentTree
应用:
区间染色
区间查询
线段树不是完全二叉树,线段树是平衡二叉树
使用数组来实现线段树:存储空间为4n
以下是使用数组实现的静态线段树:
public class SegmentTree<E> {
private E[] tree;
private E[] data;
private Merger<E> merger;
public SegmentTree(E[] arr, Merger<E> merger) {
this.merger = merger;
data = (E[]) new Object[arr.length];
for(int i = 0 ; i < arr.length ; i ++) {
data[i] = arr[i];
}
tree = (E[]) new Object[4 * arr.length];
buildSegmentTree(0, 0, data.length - 1);
}
//在tree Index的位置创建表示区间[l ... r]的线段树
private void buildSegmentTree(int treeIndex, int l, int r) {
if(l == r) {
tree[treeIndex] = data[l];
return;
}
int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
int mid = l + (r - l) / 2;
buildSegmentTree(leftTreeIndex, l, mid);
buildSegmentTree(rightTreeIndex, mid + 1, r);
//根据业务组合线段树
tree[treeIndex] = merger.merge(tree[leftTreeIndex], tree[rightTreeIndex]);
}
public E get(int index) {
if(index < 0 || index >= data.length) {
throw new IllegalArgumentException("Index is illegal.");
}
return data[index];
}
public int getSize() {
return data.length;
}
private int leftChild(int index) {
return 2*index + 1;
}
private int rightChild(int index) {
return 2*index + 2;
}
public E query(int queryL, int queryR) {
if(queryL < 0 || queryL >= data.length || queryR < queryL){
throw new IllegalArgumentException("Index is illegal.");
}
return query(0, 0, data.length -1, queryL, queryR);
}
//查询线段树
//在以treeID为根的线段树中[l...r]的范围里,搜索区间[queryL...queryR]的值
private E query(int treeIndex, int l, int r, int queryL, int queryR) {
if(l == queryL && r == queryR) {
return tree[treeIndex];
}
int mid = l + (r-l)/2;
int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
if(queryL >= mid +1) {
return query(rightTreeIndex, mid + 1, r, queryL, queryR);
}else if(queryR <= mid) {
return query(leftTreeIndex, l, mid, queryL, queryR);
}else {
//这种情况下产生了两段线段树,需要进行融合
E leftResult = query(leftTreeIndex, l, mid, queryL, mid);
E rightResult = query(rightTreeIndex, mid + 1, r, mid + 1, queryR);
return merger.merge(leftResult, rightResult);
}
}
//将index位置的值更新为e
public void set(int index, E e) {
if(index < 0 || index >= data.length) {
throw new IllegalArgumentException("Index is illegal");
}
data[index] = e;
set(0,0, data.length - 1, index, e);
}
private void set(int treeIndex, int l, int r, int index, E e) {
if(l == r) {
tree[treeIndex] = e;
return;
}
int mid = l + (r - l) / 2;
int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
if(index >= mid + 1) {
set(rightTreeIndex, mid + 1, r, index, e);
}else {
set(leftTreeIndex, l, mid, index, e);
}
tree[treeIndex] = merger.merge(tree[leftTreeIndex], tree[rightTreeIndex]);
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append('[');
for(int i = 0 ; i < tree.length ; i ++) {
if(tree[i] != null) {
res.append(tree[i]);
}else {
res.append("null");
}
if(i != tree.length - 1) {
res.append(", ");
}
}
res.append("]");
return res.toString();
}
}
对于一个区间的更新:
懒惰更新:使用lazy数组记录未更新的内容,下一次访问时先访问lazy数组,若有内容,更新后再访问即可。
动态线段树:
使用链表实现
节省空间
可以不均等划分区间,便于实际应用
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