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查詢數組中大於或等於給定數字的元素數量並進行更新

王林
發布: 2023-09-05 08:25:12
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查詢數組中大於或等於給定數字的元素數量並進行更新

借助線段樹,陣列可以成功更新並進行範圍查詢。透過更新,我們可以使用已知的資料結構線段樹來計數。 Array 中大於或等於 no 的元素數。

  • 查詢 - 找出 [l, r] 範圍內存在多少個大於或類似 x 的項目。

    • 如果範圍 [l, r] 完全超出線段樹目前節點所表示的線段,則給予 0。

    • 數數。如果區間 [l, r] 完全位於線段樹目前節點所表示的線段內,則範圍 [l, r] 中大於或類似 x 的元素的數量。

    • 如果沒有,則遞歸 ping 目前節點的左右子節點,傳回收集到的計數總數。

  • 更新 - 對於索引 i 處的元素,新增 v 的值。我們對此更新應用以下演算法 -

    • 如果線段樹的目前節點顯示範圍沒有索引 i,則不執行任何動作。

    • 如果索引i 的值大於或等於x,則更新線段樹目前節點表示的區間內大於或等於x 的元素計數,如果索引i 的值大於或等於x,則將其遞增,然後遞歸更新目前節點的左右子元素節點。

    • 我們可以在線段樹的根節點中運行範圍為[0, n-1]的查詢,這裡n是總數。數組中大於或等於 x 的條目數。

文法

1. 從頭開始建立線段樹和陣列 -

int M; 
int Z[M]; 
int TreE[4*M]; 
BUILD (1, 0, M-1, Z, TreE); 
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2. 進行更新(更改)程式 -

Void change (int NoDe, BeGiN,EnD,IdX,VaL,TreE []) {
   if (BeGiN==EnD) {
      Z[IdX]=VaL;
      TreE[NoDe]=VaL;
   } else {
      int MiD= (BeGiN + EnD)/2;
      if (BeGiN<=IdX && IdX<=MiD)
         change (2*NoDe, BeGiN, MiD, IdX, VaL, TreE);
      else
         change (2*NoDe+1, MiD+1, EnD, IdX, VaL, TreE);
      TreE[NoDe] = TreE[2*NoDe] + TreE[2*NoDe+1];
   }
}
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3.執行下列查詢操作 -

int QUERY(int NoDe, BeGiN, EnD, L, R, K, TreE []) {
   if(sTaRT > EnD || BeGiN > R || EnD < L)
      return 0;
   if(BeGiN == EnD)
      return A[BeGiN] >= K;
   int MiD = (BeGiN + EnD) / 2;
   return QUERY(2*NoDe, BeGiN, MiD, L, R, K, TreE) + QUERY (2*NoDe+1, MiD+1, EnD, L, R, K, TreE);
}
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4.使用查詢操作來統計數量。大於或等於指定值的元素,更新操作以更新陣列和線段樹 -

int IdX, VaL; 
change(1, 0, n-1, IX, VaL, TreE);
int L, R, K; 
int count = QUERY(1, 0, M-1, L, R, K, TreE);
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演算法

使用更新,以下是一種可能的方法來計算編號。大於或等於指定值的陣列成員 -

  • 步驟 1 - 建立大小為 n 的陣列 A 以儲存起始值。

  • 步驟 2 - 若要顯示範圍最小查詢,請初始化大小為 4*n 的線段樹 T。

  • 第3 步 - 使用函數build (T, A, 1, 0, n-1) 建立線段樹T,其中build(T, A, v, tl, tr )使用A 中的值建立範圍[tl, tr] 的線段樹T,並將結果放入T 的節點v 中。

  • 步驟 4 - 根據大小 n 建立陣列 C,並使用大於或等於指定數量的項目計數對其進行初始化。

  • 第 5 步 - 建立起始大小為 4*n 的線段樹 S,以表示計數查詢的範圍總和。

  • 第6 步 - 呼叫函數build (S, C, 1, 0, n-1),其中build(S, C, v, tl, tr) 建立線段樹S對於範圍[tl, tr],使用C 中的值並將結果保留在S 的節點v 中。

  • 第 7 步 - 回應每個「計數大於或等於 x 的元素」查詢 -

  • 要找出陣列 A 範圍 [l, r] 中的最小值,請呼叫函數 query(T, 1, 0, n-1, l, r)。假設結果是 m。

    如果m大於或等於x,則使用函數query(S, 1, 0, n-1, l, r)來取得總數。數組 C 的區間 [l, r] 中大於或等於 x 的條目的數量。設結果為 c。

    如果不是,請將 c 設為 0。

  • 第 8 步 - 每次型別變更「將 A[i] 的值設為 v」 -

  • #在範圍[tl,tr]上更新線段樹T的節點v,呼叫函數update(T,v,tl,tr,i,val),其中up​​date(T,v,tl,tr, i,val)透過將索引i 處的值設為val 來變更線段樹T 的節點v。

    使用函數update(S, 1, 0, n-1, i, (v >= x)) 更新範圍[tl, tr] 的線段樹節點v,其中up​​date(S, v, tl, tr, i, val) 透過將val 加到大於或等於x 的項目計數來更新節點v。

  • 第 9 步 - 再次重複第 7 步和第 8 步。

遵循的方法

方法 1

在範例中,我們定義 int 類型的向量來表示我們的陣列和高於或等於我們希望計算條目數的 int 類型的閾值。然後使用 counttheElements 函數產生初始數組以及大於或等於閾值的元素數量。

updatetheElement 函數會接受陣列、要更新的元素的索引以及該元素的新值作為參數,然後用於更新陣列中的元素。最後,我們再次使用 counttheElements 方法輸出修改後的陣列和新的大於或等於閾值的元素計數。

範例 1

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
void updatethenumber(vector<int>& ara, int index, int NEWValues) {
   ara[index] = NEWValues;
}
int countthenumber(vector<int>& ara, int threshold) {
   int cont = 0;
   for (int i = 0; i < ara.size(); i++) {
      if (ara[i] >= threshold) {
         cont++;
      }
   }return cont;
}
int main () {
   vector<int> ara = {3, 6, 2,8, 4, 7} ;
   int threshold = 5;
   cout << "Initial array: ";
   for(int i = 0;i < ara.size();i++) {
      cout << ara[i] << " ";
   }cout<<endl;
   cout<<"Number of elements >= "<<threshold<< ": ";
   cout<<countthenumber(ara, threshold)<<endl;
   cout<<"Updating element at index 2 to value 9..."<<endl;
   updatethenumber(ara,2,9) ;
   cout<<"Updated array: " ;
   for(int i = 0;i<ara.size();i++) {
      cout<<ara[i]<< " ";
   } cout<<endl ;
   cout<<"Number of elements >= " << threshold << ": " ;
   cout<<countthenumber(ara, threshold)<<endl;
   return 0;
}
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輸出

Initial array: 3 6 2 8 4 7 
Number of elements >= 5: 3
Updating element at index 2 to value 9
Updated array: 3 6 9 8 4 7 
Number of elements >= 5: 4
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方法-2

每個查詢的作用就是數數。大於或等於查詢 [i] 的陣列(項),將所有這些值遞減 M,然後在更新的陣列上執行剩餘的問題。輸入是兩個數組,數組[]和查詢[],大小分別為N和Q。

首先對數組[]進行升序排序。

在第一個位置尋找元素大於或等於 query[i] 的元素,例如 l。

如果沒有這樣的元素,則傳回 0 作為回應。否則,響應將為 N - l。

最后一步是从提供的范围内的每个元素中减去 M,并将区间 l 中的线段树更改为 N - 1。

示例 2

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

void build(vector<int>& tosum, vector<int>& a, int l, int r, int rlt){
   if (l == r) {
      tosum[rlt] = a [l - 1];
      return;
   }
   int m = (l + r) >> 1;
   build (tosum, a, l, m, rlt << 1);
   build (tosum, a, m + 1, r, rlt << 1 | 1);
}
void push(vector<int>& tosum, vector<int>& toadd, int rlt, int ln, int rn){
   if (toadd[rlt]) {
      toadd [rlt<< 1] += toadd[rlt];
      toadd [rlt << 1 | 1] += toadd[rlt];
      tosum [rlt<< 1] += toadd[rlt] * ln;
      tosum [rlt << 1 | 1] += toadd[rlt] * rn;
      toadd[rlt] = 0;
   }
}
void update(vector<int>& tosum, vector<int>& toadd, int L, int R, int C, int l,int r, int rlt){
   if (L <= l && r <= R) {
      tosum[rlt] += C * (r - l + 1);
      toadd[rlt] += C;
      return;
   }
   int m = (l + r) >> 1;
   push (tosum, toadd, rlt, m - l + 1,
   r - m);
   if (L <= m)
      update (tosum, toadd, L, R, C, l, m,
      rlt << 1);
   if (R > m)
      update (tosum, toadd, L, R, C, m + 1, r,
      rlt << 1 | 1);
}
int query(vector<int>& tosum,
   vector<int>& toadd,
   int L, int R, int l,
   int r, int rlt){
   if (L <= l && r <= R) {
      return tosum[rlt];
   }
   int m = (l + r) >> 1;
   push (tosum, toadd, rlt, m - l + 1,
   r - m);
   int ans = 0;
   if (L <= m)
   ans += query (tosum, toadd, L, R, l, m,
   rlt << 1);
   if (R > m)
   ans += query (tosum, toadd, L, R, m + 1, r,
   rlt << 1 | 1);
   return ans;
}
void sequMaint(int n, int q,vector<int>& a,vector<int>& b,int m){
   sort(a.begin(), a.end());
   vector<int> tosum, toadd, ans;
   tosum.assign(n << 2, 0);
   toadd.assign(n << 2, 0);
   build (tosum, a, 1, n, 1);
   for (int i = 0; i < q; i++) {
      int l = 1, r = n, pos = -1;
      while (l <= r) {
         int m = (l + r) >> 1;
         if (query (tosum, toadd, m, m, 1, n, 1)
         >= b[i]) {
            r = m - 1;
            pos = m;
         }
         else {
            l = m + 1;
         }
      }
      if (pos == -1)
      ans.push_back(0);
      else {
         ans.push_back(n - pos + 1);
         update (tosum, toadd, pos, n, -m,
         1, n, 1);
      }
   }
   for (int i = 0; i < ans.size(); i++) {
      cout << ans[i] << " ";
   }
}
int main (){
   int A = 4;
   int B = 3;
   int C = 1;
   vector<int> array = {1, 2, 3, 4};
   vector<int> query = {4, 3, 1};
   sequMaint(A, B, array, query, C);
   return 0;
}
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输出

1 2 4
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结论

综上所述,线段树可以成功地用于计数。数组中大于或等于固定值并进行更新的元素的数量。我们使用惰性传播来更新线段树,而不是更新每个节点。对节点的更新是在延迟传播期间完成的,直到需要为止。总的来说,我们可以有效地数出没有。通过使用具有延迟传播的线段树,数组中大于或等于特定值且发生变化的元素。

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來源:tutorialspoint.com
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