Изменения

Перейти к: навигация, поиск

Реализация запроса в дереве отрезков сверху

5266 байт добавлено, 19:22, 4 сентября 2022
м
rollbackEdits.php mass rollback
Данная операция позволяет выполнять запросы на [[Дерево отрезков. Построение|дереве отрезков]], причем алгоритм запускается от корня и рекурсивно идет сверху вниз.
 
==Алгоритм==
Будем рассматривать запрос на примере задачи RSQ''Замечание.''Используем в алгоритме не отрезки, а полуинтервалы (запрос суммылевая граница включительно, а правая {{---}} нет). Пусть есть уже [[Файл:123Дерево отрезков.jpgПостроение|right|380px|thumb|Пример дерева построенное дерево отрезков для вычисления сумм]] и идет запрос на полуинтервале <tex>[a \ldots b)</tex>. В качестве параметров рекурсий передаем следующие переменные:* <tex>node</tex> {{---}} номер (в массиве с деревом отрезков) текущей вершины дерева.* <tex>a</tex>, <tex>b</tex> {{---}} левая и правая границы запрашиваемого полуинтервала. Пусть <tex>l</tex>, <tex>r</tex> {{---}} это левая и правая границы полуинтервала, за которые "отвечает" наша вершина.Запустим рекурсивную процедуру от всего полуинтервала (то есть от корневой вершины). Для текущего состояния проверяем следующие условия: * Если запрашиваемый отрезок текущий полуинтервал не пересекается с рассматриваемым отрезкомискомым, то возвращаем нейтральный элемент.:''Например'': текущий <tex>[1 \ldots 3)</tex>, а искомый <tex>[3 \ldots 5)</tex>; * Если запрашиваемый отразив совпадает с запрашиваемыйтекущий полуинтервал лежит внутри запрашиваемого полуинтервала, то возвращаем значение в текущей вершине.Иначе считаем для подотрезков рекурсивно:''Например'': текущий <tex>[2 \ldots 3)</tex>, комбинируем ответ и возвращаем значение.а искомый <tex>[2 \ldots 4)</tex>;
* Иначе переходим к рекурсивным вызовам функций от детей вершины. При этом возвращаем значение на текущем полуинтервале, как функцию (соответствующую типу нашего запроса) от результатов выполнения на детях.
Так как на каждом уровне дерева рекурсия может дойти до не более, чем двух вершин (иначе бы нашлось две рядом стоящие вершины одного уровня, объединение которых дало отрезок, за который отвечает вершина предыдущего уровня), а всего уровней <tex>\log n</tex>, то операция выполняется за <tex>O(\log n)</tex>.
==Пример==
[[Файл:Шагал1538.JPG|right|380px|thumb|Дерево отрезков]]
Рассмотрим работу программы данный алгоритм на дереве отрезков для элементов [1 примере задачи <tex>\mathrm{RSQ}</tex> (Range Sum Query {{---}} запрос суммы на отрезке)При этом сумма на текущем полуинтервале (в случае вызова рекурсий от детей) равна сумме результатов выполнения операции на этих детях. 8]. Пусть дерево содержит <tex>8</tex> листьев и запрашиваемая сумма {{- --}} это отрезок <tex>[1 \ldots 4]</tex> (полуинтервал <tex>[2 1 \ldots 5)</tex>).[[Файл:Image_4. 5png|right|602px|Пример рабoты алгоритма]]Рассмотрим данный алгоритм на определенных глубинах рекурсии, то есть на разных уровнях дерева (на рисунке глубина обозначена слева от уровня): * На глубине <tex>0</tex>.** Текущий полуинтервал <tex>[0 \ldots 8)</tex> пересекается с <tex>[1 \ldots 5) \Rightarrow</tex> рекурсивно переходим к <tex>[0 \ldots 4)</tex> и <tex>[4 \ldots 8)</tex>
1)Текущий отрезок [1 .. 8], он больше [2 .. 5] => переходим по рекурсивным вызовам на [1 .. 4] и [5 .. 8]
* На глубине <tex>1</tex>.
** <tex>[0 \ldots 4)</tex> и <tex>[4 \ldots 8)</tex> пересекаются с <tex> [1 \ldots 5) \Rightarrow </tex> переходим по рекурсивным вызовам на полуинтервалах <tex>[0 \ldots
2)</tex>, <tex>[2 \ldots 4)</tex>, <tex>[4 \ldots 6)</tex> и <tex>[6 \ldots 8)</tex>
2)[1 .. 4] выходит за границы [2 .. 5], [5 .. 8] выходит за границы [2 .. 5] => переходим по рекурсивным вызовам на [1 .. 2], [3 .. 4] и [5 .. 6], [7 .. 8].
* На глубине <tex>2</tex>.
** <tex>[0 \ldots 2)</tex> и <tex>[4 \ldots 6)</tex> пересекаются с <tex>[1 \ldots 5) \Rightarrow </tex> переходим в листья <tex>[0 \ldots 1), [1 \ldots 2), [4 \ldots 5), [5 \ldots 6) </tex>
** <tex>[2 \ldots 4) </tex> полностью лежит внутри <tex>[1 \ldots 5) \Rightarrow </tex> возвращаем сумму на этом отрезке
** <tex>[6 \ldots 8)</tex> не пересекается с <tex>[1 \ldots 5) \Rightarrow </tex> возвращаем нулевое значение
3)[1 .. 2] выходит за границы [2 .. 5] => переходим в листья 1, 2; [3 .. 4] целиком внутри [2 .. 5] => возвращаем значение в [3 .. 4];
[7 .. 8] не пересекается с [2 .. 5] => возвращаем нулевое значение, [5 .. 6] выходит за границы [2 .. 5] => переходим к листьям 5 и 6
* На глубине <tex>3</tex>.
** Листья <tex>[1 \ldots 2), [4 \ldots 5)</tex> лежат в запрашиваемом интервале <tex>\Rightarrow </tex> возвращаем значения в них
** Листья <tex>[0 \ldots 1), [5 \ldots 6)</tex> лежат вне <tex>[1 \ldots 5) \Rightarrow </tex> возвращаем нейтральное значение
4Таким образом ответ на полуинтервале <tex>[1 \ldots 5)лист 6 не пересекается с отрезком </tex> равен сумме значений в вершинах, отвечающих за полуинтервалы <tex>[1 \ldots 2 .. 5] =)</tex> возвращаем нулевое значение, лист 5 целиков внутри <tex>[2 .. \ldots 4)</tex> и <tex>[4 \ldots 5] =)</tex> возвращаем значение в листе 5.
==Реализация==
Рассмотрим реализацию задачи о дереве отрезков с произвольной ассоциативной бинарной операцией. Пусть в узлах дерева хранятся структуры из трех полей:* <codetex>\mathtt{left}</tex> {{---}} левая граница полуинтервала, за который "отвечает" текущая вершина.* <tex>\mathtt{right}</tex> {{---}} правая граница этого полуинтервала.* <tex> \mathtt{res}</tex> {{---}} результат операции на полуинтервале.  '''int''' query('''int''' node, '''int''' a, '''int''' b) l = tree[node].left r = tree[node].right '''if''' [l, r) <tex>\cap </tex> [a, b) == <tex>\varnothing</tex> '''return''' ''<tex>\varepsilon</tex>'' <span style="color:#008000">// <tex>\varepsilon</tex> {{---}} нейтральный для данной операции элемент</span> '''if''' [l, r) <tex>\subset</tex> [a, b) '''return''' tree[node].res '''return''' query(node * 2 + 1, a, b) <tex> \circ </tex> query(node * 2 + 2, a, b)
int sum (int v, int tl, int tr, int l, int r) { if ([l,r] не пересекается с [tl, tr]) return 0; if (l == tl && r См. также== tr) return t* [v[Реализация запроса в дереве отрезков снизу]]; int tm = (tl + tr) / 2; return sum (v*2, tl, tm, l, min(r,tm)) + sum (v*2+1, tm+1, tr, max(l,tm+1), r); } </code>[[Дерево отрезков. Построение]]
==СсылкиИсточники информации==* [http://e-maxx.ru/algo/segment_tree MAXimal :: algo :: Дерево отрезков]* [http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BE_%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%BA%D0%BE%D0%B2 Википедия — Дерево отрезков]
* [http://e-maxxrain.ifmo.ru/algocat/segment_tree view.php/vis/trees/segment- MAXimal :: algo :2006 Дискретная математика: Дерево Алгоритмы — Визуализатор дерева отрезков]
[http[Категория: Дискретная математика и алгоритмы]][[Категория://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BE_%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%BA%D0%BE%D0%B2 - Дерево отрезков — Википедия]]
1632
правки

Навигация