Color the ball

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Problem Description
N
个气球排成一排,从左到右依次编号为1,2,3....N.每次给定2个整数a b(a <=
b),lele便为骑上他的“小飞鸽"牌电动车从气球a开始到气球b依次给每个气球涂一次颜色。但是N次以后lele已经忘记了第I个气球已经涂过几次颜
色了,你能帮他算出每个气球被涂过几次颜色吗?
 
Input
每个测试实例第一行为一个整数N,(N <= 100000).接下来的N行,每行包括2个整数a b(1 <= a <= b <= N)。
当N = 0,输入结束。
 
Output
每个测试实例输出一行,包括N个整数,第I个数代表第I个气球总共被涂色的次数。
 
Sample Input
3
1 1
2 2
3 3
3
1 1
1 2
1 3
0
 
Sample Output
1 1 1
3 2 1
 
Author
8600
思路:之前把这题A了,用线段树做的,现在学学树状数组,也不知道 Peter M. Fenwick 当时是怎么想到的,太神奇了,我花了一整天全在研究他的思路,到最后还是没什么进展,不知怎么想的,这就是大神吧。
 
它与线段树不同,线段树是平衡二叉树,对于一个区间很容易从直观上就可以将它划分,[a , b]的子区间(子树)为[a,(a+b)/2]和[(a+b)/2+1,b],很容易就看出来,而对于树状数组区间的划分则不是那样的,很难直接观察得到。那么到底什么是树状数组,下面讲讲我的理解,也算是花了一整天的总结吧,可能不全对。
 

设想我们有这样一个问题:给定一个序列,A1,A2,A3........An,现在需要频繁的查询区间(i,j)里面所有元素的和,而且这个序列中的元素是变化的。当然我们可以用最简单的暴力法,一个个加呗,这样时间复杂度为O(n),插入数据时间复杂度是O(1)的,更新是O(m),这样一来总的时间复杂度会是O(n×m),数据一旦变大,效率太低,此时就要用树状数组,也叫作二叉搜索树(Binary Indexed Trees)BIT。

它基于这样一个定义:令数组C[i] = A[i-2^k+1]+...+A[i],这样以来C[i]表示的就是区间(i-2^k+1,i)的和,这里k表示的是:i对应的二进制数末尾连续0的个数,比如8(10) = 1000(2),那么k = 3;它所维护的区间是不是很“晦涩”,不知道他是怎么想得,据说Peter M. Fenwick的这样定义的思路来源于二进制思想。我个人认为这是整个树状数组最有价值的部分,也是最值得研究的部分。

1,基于这样一个定义我们的问题来了,对于确定的i,如何计算k的值?换句话说我们要知道2^k的值,再换句话说就是计算二进制位中最右边那个1的位权,不然一切都不用谈了,没意义。而且要高效,其实可以利用C语言位运算来做(用的很巧妙):

我们可以这样表示一个二进制数:a1b,这里b都是0(0的个数可以是0),a任意,但必须保证1是最右边的那个1,例如 14(10) = 1100(2),那么a=1,b=00,

那么-a1b在计算机里是以补码表示的,即反码加1,我把它记为(a-)0(b-)+1,所以(b-)全为1了,所以(a-)0(b-)+1 = (a-)0(1...1)+1 = (a-)1(0...0), 它再与a1b按为与运算,a1b & (a-)1(0...0) = (0...0)1(0...0),这样就得到了2^k的值了,很神奇!

写个函数就是:

 int LowBit(int t)
{
return t & (-t);
}

我们就把第一个问题解决了!

这个函数的功能就是寻找当前节点的父节点或者子节点!!!

2,那么我们如何来计算C[i]的值?就是说我们插入数据A[j]的时候如何来更新C[i]?我们不光要更新C[i],而且还要更新与A[j]有关的其他的C[k1]...C[kn],这样才能保证C[i]维护的值是正确的。

先来个图吧,这样看得明白。

例如我们修改A4的值那么C[4],C[8]...,直到n,都得更新,想想为什么?因为A4被C[4],C[8]...,覆盖!记住一点:某个数被修改,与他相关的区间都得受到牵连,这就是为什么暴力法慢的原因,而树状数组使得受到牵连的区间(即相关的父节点)不会多于LogN(我认为这得归功于那个牛逼的定义),想想为什么!更新函数可以这么写:
 void update(int pos,int val)
{
while(pos <= n)
{
c[pos] += val;
pos += LowBit(pos);
}
return ;
}

3,如何得到某个区间(i,j)的和呢?

我们高中就学过sum(i) = A1+A2+A3+...+Ai;

       sum(j) = A1+A2+A3+...+Aj;

那么sum(i->j)= sum(j)-sum(i);

现在问题又来了,怎么知道sum(n)的值的?

我们把1。。。n所包含的子区间的和加一起就可以了,现在关键是如何找区间了,比如给你13,让你求sum(13),怎么找13的子区间?这还得根据LowBit()函数的计算过程来逆退,刚才不是update函数是加得到的父区间,现在逆过来就减!函数如下:

 void Get_Result(int pos)
{
while(pos > )
{
sum += c[pos];
pos -= LowBit(pos);
}
return ;
}

三个函数都很简洁,代码比较简单,但思想绝不简单!特别是那个定义!

对于数状数组我今天就理解这么多,以得还的进一步理解。

AC代码:

 #include<stdio.h>
#include<string.h>
#define MAX 100005
int c[MAX];
int sum,n;
int LowBit(int t)
{
return t & (-t);
} void update(int pos,int val)
{
while(pos <= n)
{
c[pos] += val;
pos += LowBit(pos);
}
return ;
} void Get_Result(int pos)
{
while(pos > )
{
sum += c[pos];
pos -= LowBit(pos);
}
return ;
} int main()
{
int a,b,i;
while(~scanf("%d",&n) && n)
{
memset(c,,sizeof(c));
for(i = ;i <= n;i ++)
{
scanf("%d%d",&a,&b);
update(a,);
update(b+,-);
}
for(i = ;i < n;i ++)
{
sum = ;
Get_Result(i);
printf("%d ",sum);
}
sum = ;
Get_Result(i);
printf("%d\n",sum);
}
return ;
}

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