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线段树作为一种常见的数据结构,常用于解决区间查询和更新问题。本文将介绍线段树的实现方法,并通过代码示例说明其使用方式。
代码主要包含三个函数:build_tree、update_tree 和 query_tree,以及一个 main 函数来执行程序。
#include#define MAX_LEN 1000void build_tree(int arr[], int tree[], int node, int start, int end) { if (start == end) { tree[node] = arr[start]; return; } int mid = start + (end - start) / 2; int left_node = node * 2 + 1; int right_node = node * 2 + 2; build_tree(arr, tree, left_node, start, mid); build_tree(arr, tree, right_node, mid + 1, end); tree[node] = tree[left_node] + tree[right_node];}void update_tree(int arr[], int tree[], int node, int start, int end, int idx, int val) { if (start == end) { arr[idx] = val; tree[node] = val; return; } int mid = start + (end - start) / 2; int left_node = node * 2 + 1; int right_node = node * 2 + 2; if (idx >= start && idx <= mid) { update_tree(arr, tree, left_node, start, mid, idx, val); } else { update_tree(arr, tree, right_node, mid + 1, end, idx, val); } tree[node] = tree[left_node] + tree[right_node];}int query_tree(int arr[], int tree[], int node, int start, int end, int L, int R) { if (R < start || end < L) { return 0; } else if (L <= start && end <= R) { return tree[node]; } else if (start == end) { return tree[node]; } int mid = start + (end - start) / 2; int left_node = node * 2 + 1; int right_node = node * 2 + 2; int sum_left = query_tree(arr, tree, left_node, start, mid, L, R); int sum_right = query_tree(arr, tree, right_node, mid + 1, end, L, R); return sum_left + sum_right;}int main() { int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 11 }; int size = 6; int tree[MAX_LEN] = { 0 }; build_tree(arr, tree, 0, 0, size - 1); for (int i = 0; i < 15; i++) { printf("tree[%d]=%d\n", i, tree[i]); } printf("\n"); update_tree(arr, tree, 0, 0, size - 1, 4, 6); for (int i = 0; i < 15; i++) { printf("tree[%d]=%d\n", i, tree[i]); } int s = query_tree(arr, tree, 0, 0, size - 1, 2, 5); printf("%d\n", s); return 0;}
build_tree 函数用于构建线段树。它递归地将区间分成左右子区间,直到区间长度为1时,叶子节点的值与数组中的对应值相同。非叶子节点的值为左右子节点的值之和。
update_tree 函数用于对线段树中的某个位置进行更新。当需要修改数组中的某个元素时,函数会递归地从根节点开始,找到对应的位置并更新其值,同时更新路径上的所有父节点的值。
query_tree 函数用于查询区间内所有元素的和。它递归地检查当前节点的区间是否与查询区间重叠,如果是,则递归查询左右子节点,否则返回0。最终返回左右子节点查询结果的和。
在 main 函数中,首先初始化数组并构建线段树。然后,通过循环输出线段树节点的值,最后对数组中的第4个位置进行更新,并查询区间[2,5]内所有元素的和。
通过上述代码,可以清晰地看到线段树的构建、更新和查询流程。线段树的优势在于支持高效的区间查询和更新操作,其时间复杂度均为 O(log n)。
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