【数据结构】线段树算法总结（单点修改）

知识概览

用作单点修改的线段树有4个操作：

1. pushup：由子节点的信息计算父节点的信息
2. build：初始化一棵树
3. modify：修改一个区间
4. query：查询一个区间

 线段树用一维数组来存储：

• 编号是x的节点，它的父节点是，左儿子是2x，右儿子是2x+1。

线段树的应用范围如下：

• 线段树相对于树状数组，常数比较大。但是，线段树用途广泛，可以解决许多区间修改，区间查询的问题。而树状数组的本质是可以解决单点修改，区间查询前缀和的问题。 

带懒标记（支持区间修改）的线段树算法见本人博客：【数据结构】线段树算法总结（区间修改）-CSDN博客【代码总结】线段树算法总结（区间修改）https://blog.csdn.net/u012181348/article/details/135120038?spm=1001.2014.3001.5501

例题展示

题目链接 

1275. 最大数 - AcWing题库https://www.acwing.com/problem/content/1277/

代码

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <algorithm>

using namespace std;

typedef long long LL;

const int N = 200010;

int m, p;
struct Node
{
    int l, r;
    int v;  // 区间[l, r]中的最大值
} tr[N * 4];

void pushup(int u)  // 由子节点的信息，来计算父节点的信息
{
    tr[u].v = max(tr[u << 1].v, tr[u << 1 | 1].v);
}

void build(int u, int l, int r)
{
    tr[u] = {l, r};
    if (l == r) return;
    int mid = l + r >> 1;
    build(u << 1, l, mid), build(u << 1 | 1, mid + 1, r);
}

int query(int u, int l, int r)
{
    if (tr[u].l >= l && tr[u].r <= r) return tr[u].v;  // 树中节点，已经被完全包含在[l, r]中了

    int mid = tr[u].l + tr[u].r >> 1;
    int v = 0;
    if (l <= mid) v = query(u << 1, l, r);
    if (r > mid) v = max(v, query(u << 1 | 1, l, r));

    return v;
}

void modify(int u, int x, int v)
{
    if (tr[u].l == x && tr[u].r == x) tr[u].v = v;
    else
    {
        int mid = tr[u].l + tr[u].r >> 1;
        if (x <= mid) modify(u << 1, x, v);
        else modify(u << 1 | 1, x, v);
        pushup(u);
    }
}

int main()
{
    int n = 0, last = 0;
    scanf("%d%d", &m, &p);
    build(1, 1, m);

    int x;
    char op[2];
    while (m--)
    {
        scanf("%s%d", op, &x);
        if (*op == 'Q')
        {
            last = query(1, n - x + 1, n);
            printf("%d\n", last);
        }
        else
        {
            modify(1, n + 1, ((LL)last + x) % p);
            n++;
        }
    }

    return 0;
}

题目链接

245. 你能回答这些问题吗 - AcWing题库高质量的算法题库https://www.acwing.com/problem/content/246/

题解

横跨左右子区间的最大子段和 = 左子区间的最大后缀 + 右子区间的最大前缀，需要在线段树节点中添加附加信息。

代码

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <algorithm>

using namespace std;

const int N = 500010;

int n, m;
int w[N];
struct Node
{
    int l, r;
    int sum, lmax, rmax, tmax;
} tr[N * 4];

void pushup(Node &u, Node &l, Node &r)
{
    u.sum = l.sum + r.sum;
    u.lmax = max(l.lmax, l.sum + r.lmax);
    u.rmax = max(r.rmax, r.sum + l.rmax);
    u.tmax = max(max(l.tmax, r.tmax), l.rmax + r.lmax);
}

void pushup(int u)
{
    pushup(tr[u], tr[u << 1], tr[u << 1 | 1]);
}

void build(int u, int l, int r)
{
    if (l == r) tr[u] = {l, r, w[r], w[r], w[r], w[r]};
    else
    {
        tr[u] = {l, r};
        int mid = l + r >> 1;
        build(u << 1, l, mid), build(u << 1 | 1, mid + 1, r);
        pushup(u);
    }
}

int modify(int u, int x, int v)
{
    if (tr[u].l == x && tr[u].r == x) tr[u] = {x, x, v, v, v, v};
    else
    {
        int mid = tr[u].l + tr[u].r >> 1;
        if (x <= mid) modify(u << 1, x, v);
        else modify(u << 1 | 1, x, v);
        pushup(u);
    }
}

Node query(int u, int l, int r)
{
    if (tr[u].l >= l && tr[u].r <= r) return tr[u];
    else
    {
        int mid = tr[u].l + tr[u].r >> 1;
        if (r <= mid) return query(u << 1, l, r);
        else if (l > mid) return query(u << 1 | 1, l, r);
        else
        {
            auto left = query(u << 1, l, r);
            auto right = query(u << 1 | 1, l, r);
            Node res;
            pushup(res, left, right);
            return res;
        }
    }
}

int main()
{
    scanf("%d%d", &n, &m);
    for (int i = 1; i <= n; i++) scanf("%d", &w[i]);
    build(1, 1, n);

    int k, x, y;
    while (m--)
    {
        scanf("%d%d%d", &k, &x, &y);
        if (k == 1)
        {
            if (x > y) swap(x, y);
            printf("%d\n", query(1, x, y).tmax);
        }
        else modify(1, x, y);
    }

    return 0;
}

参考资料

1. AcWing算法提高课