Jak wdrożyć drzewa segmentowe z leniwym rozmnażaniem?

Szukałem w Internecie na temat implementacji drzew segmentowych, ale nie znalazłem nic, jeśli chodzi o leniwe rozmnażanie. Było kilka poprzednich pytań na temat przepełnienia stosu, ale były one skupione na rozwiązaniu niektórych szczególnych problemów SPOJ. Chociaż myślę, że jest to najlepsze wyjaśnienie segmentów drzew z pseudokodem, ale muszę to zaimplementować z leniwą propagacją. Znalazłem następujące linki :

Http://community.topcoder.com/tc?module=Static&d1=tutorials&d2=lowestCommonAncestor#Segment_Trees

Oprócz powyższego linku, niektóre blogi również tam były, ale wszystkie dały odniesienie do tego samego wątku.

Przykład

An przykład zastosowania tej struktury danych byłoby coś w rodzaju, powiedzmy, że otrzymałem zakres liczb od 1 do N. teraz wykonuję pewne operacje, takie jak dodanie pewnej stałej liczby do określonego zakres lub odejmowanie pewnej stałej liczby z określonego zakresu. Po wykonaniu operacji mam podać minimalną i maksymalną liczbę w podanej liczbie.

Oczywistym rozwiązaniem byłoby wykonywanie dodawania lub odejmowania każdej liczby w danym zakresie jeden po drugim. Ale nie może to być wykonalne w sytuacji, w której żadna z wykonywanych operacji nie jest duża.

A lepszym podejściem byłoby użycie drzew segmentowych z techniką leniwej propagacji. Informatyka mówi, że zamiast wykonywać operację aktualizacji na każdym numerze indywidualnie, po prostu śledź wszystkie operacje, dopóki wszystkie operacje nie zostaną wykonane. Następnie wykonaj operację aktualizacji, aby uzyskać minimalną i maksymalną liczbę w zakresie.

Przykład z prawdziwymi danymi

Załóżmy, że podałem przedział [1,10], co oznacza, że liczby są 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Teraz Załóżmy, że wykonam operację, która zmniejsza liczby z zakresu [3,6] o 4 ,więc teraz liczby będą wyglądać tak: 1,2,-1,0,1,2,7,8,9,10. Teraz wykonuję kolejną operację, która zwiększa liczby z zakresu [5,9] o 1, więc liczba będzie teraz wyglądać jak 1,2,-1,0,2,3,8,9,10,10.

Teraz, jeśli poproszę Cię o podanie maksymalnej i minimalnej liczby, odpowiedź będzie brzmiała:

Maximum = 10

Minimum = -1
To tylko prosty przykład.Rzeczywisty problem może zawierać tysiące takich operacji dodawania/odejmowania.Mam nadzieję, że teraz jest czysto.

To jest to, co do tej pory zrozumiałem, ale chyba nie ma zunifikowanego link w Internecie, który lepiej wyjaśnia koncepcję i wdrożenie.

Czy ktoś może podać jakieś dobre wyjaśnienie, w tym pseudokod dla leniwej propagacji w drzewach segmentowych?

Dzięki.
Author: dark_shadow, 2012-08-01

5 answers

Leniwa propagacja prawie zawsze zawiera jakiś mechanizm wartowniczy. Musisz sprawdzić, czy aktualny węzeł nie musi być propagowany, a to sprawdzenie powinno być łatwe i szybkie. Są więc dwie możliwości:

  1. poświęć trochę pamięci, aby zapisać pole w węźle, które można bardzo łatwo sprawdzić
  2. poświęć trochę czasu, aby sprawdzić, czy węzeł został propagowany i czy jego węzły potomne muszą być stworzony.
Przyczepiłam się do pierwszego. Jest to bardzo proste, aby sprawdzić, czy węzeł w drzewie segmentowym powinien mieć węzły potomne (node->lower_value != node->upper_value), ale trzeba również sprawdzić, czy te węzły potomne są już zbudowane (node->left_child, node->right_child), więc wprowadziłem flagę propagacji node->propagated:
typedef struct lazy_segment_node{
  int lower_value;
  int upper_value;

  struct lazy_segment_node * left_child;
  struct lazy_segment_node * right_child;

  unsigned char propagated;
} lazy_segment_node;

Inicjalizacja

Aby zainicjować węzeł wywołujemy {[10] } ze wskaźnikiem do wskaźnika węzła (lub NULL) i żądaną upper_value/lower_value:

lazy_segment_node * initialize(
    lazy_segment_node ** mem, 
    int lower_value, 
    int upper_value
){
  lazy_segment_node * tmp = NULL;
  if(mem != NULL)
    tmp = *mem;
  if(tmp == NULL)
    tmp = malloc(sizeof(lazy_segment_node));
  if(tmp == NULL)
    return NULL;
  tmp->lower_value = lower_value;
  tmp->upper_value = upper_value;
  tmp->propagated = 0;
  tmp->left_child = NULL;
  tmp->right_child = NULL;

  if(mem != NULL)
    *mem = tmp;
  return tmp;
}

Dostęp

Na razie nic specjalne zostało zrobione. Wygląda to jak każda inna ogólna metoda tworzenia węzłów. Jednak, aby utworzyć rzeczywiste węzły potomne i ustawić flagi propagacji możemy użyć funkcji, która zwróci wskaźnik na tym samym węźle, ale propaguje go w razie potrzeby:

lazy_segment_node * accessErr(lazy_segment_node* node, int * error){
  if(node == NULL){
    if(error != NULL)
      *error = 1;
    return NULL;
  }
  /* if the node has been propagated already return it */
  if(node->propagated)
    return node;

  /* the node doesn't need child nodes, set flag and return */      
  if(node->upper_value == node->lower_value){
    node->propagated = 1;
    return node;
  }

  /* skipping left and right child creation, see code below*/
  return node;
}

Jak widzisz, propagowany węzeł zakończy działanie niemal natychmiast. Nie propagowany węzeł najpierw sprawdzi, czy rzeczywiście powinien zawierać węzły potomne, a następnie utworzy je, jeśli potrzebne.

To właściwie leniwa ocena. Nie tworzy się węzłów potomnych, dopóki nie są potrzebne. Zauważ, że accessErr zapewnia również dodatkowy interfejs błędu. Jeśli nie potrzebujesz, użyj access zamiast tego:

lazy_segment_node * access(lazy_segment_node* node){
  return accessErr(node,NULL);
}

Wolny

W celu uwolnienia tych elementów można użyć ogólnego algorytmu dealokacji węzłów:

void free_lazy_segment_tree(lazy_segment_node * root){
  if(root == NULL)
    return;
  free_lazy_segment_tree(root->left_child);
  free_lazy_segment_tree(root->right_child);
  free(root);
}

Kompletny przykład

Poniższy przykład użyje funkcji opisanych powyżej do utworzenia drzewa segmentów o leniwej ocenie na podstawie interwał [1,10]. Widać, że po pierwszej inicjalizacji test nie ma węzłów potomnych. Używając access rzeczywiście generujesz te węzły potomne i możesz uzyskać ich wartości (jeśli te węzły potomne istnieją według logiki segmentowanego drzewa):

Kod

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

typedef struct lazy_segment_node{
  int lower_value;
  int upper_value;

  unsigned char propagated;

  struct lazy_segment_node * left_child;
  struct lazy_segment_node * right_child;
} lazy_segment_node;

lazy_segment_node * initialize(lazy_segment_node ** mem, int lower_value, int upper_value){
  lazy_segment_node * tmp = NULL;
  if(mem != NULL)
    tmp = *mem;
  if(tmp == NULL)
    tmp = malloc(sizeof(lazy_segment_node));
  if(tmp == NULL)
    return NULL;
  tmp->lower_value = lower_value;
  tmp->upper_value = upper_value;
  tmp->propagated = 0;
  tmp->left_child = NULL;
  tmp->right_child = NULL;

  if(mem != NULL)
    *mem = tmp;
  return tmp;
}

lazy_segment_node * accessErr(lazy_segment_node* node, int * error){
  if(node == NULL){
    if(error != NULL)
      *error = 1;
    return NULL;
  }
  if(node->propagated)
    return node;

  if(node->upper_value == node->lower_value){
    node->propagated = 1;
    return node;
  }
  node->left_child = initialize(NULL,node->lower_value,(node->lower_value + node->upper_value)/2);
  if(node->left_child == NULL){
    if(error != NULL)
      *error = 2;
    return NULL;
  }

  node->right_child = initialize(NULL,(node->lower_value + node->upper_value)/2 + 1,node->upper_value);
  if(node->right_child == NULL){
    free(node->left_child);
    if(error != NULL)
      *error = 3;
    return NULL;
  }  
  node->propagated = 1;
  return node;
}

lazy_segment_node * access(lazy_segment_node* node){
  return accessErr(node,NULL);
}

void free_lazy_segment_tree(lazy_segment_node * root){
  if(root == NULL)
    return;
  free_lazy_segment_tree(root->left_child);
  free_lazy_segment_tree(root->right_child);
  free(root);
}

int main(){
  lazy_segment_node * test = NULL;
  initialize(&test,1,10);
  printf("Lazy evaluation test\n");
  printf("test->lower_value: %i\n",test->lower_value);
  printf("test->upper_value: %i\n",test->upper_value);

  printf("\nNode not propagated\n");
  printf("test->left_child: %p\n",test->left_child);
  printf("test->right_child: %p\n",test->right_child);

  printf("\nNode propagated with access:\n");
  printf("access(test)->left_child: %p\n",access(test)->left_child);
  printf("access(test)->right_child: %p\n",access(test)->right_child);

  printf("\nNode propagated with access, but subchilds are not:\n");
  printf("access(test)->left_child->left_child: %p\n",access(test)->left_child->left_child);
  printf("access(test)->left_child->right_child: %p\n",access(test)->left_child->right_child);

  printf("\nCan use access on subchilds:\n");
  printf("access(test->left_child)->left_child: %p\n",access(test->left_child)->left_child);
  printf("access(test->left_child)->right_child: %p\n",access(test->left_child)->right_child);

  printf("\nIt's possible to chain:\n");
  printf("access(access(access(test)->right_child)->right_child)->lower_value: %i\n",access(access(access(test)->right_child)->right_child)->lower_value);
  printf("access(access(access(test)->right_child)->right_child)->upper_value: %i\n",access(access(access(test)->right_child)->right_child)->upper_value);

  free_lazy_segment_tree(test);

  return 0;
}

Result (ideone)

Lazy evaluation test
test->lower_value: 1
test->upper_value: 10

Node not propagated
test->left_child: (nil)
test->right_child: (nil)

Node propagated with access:
access(test)->left_child: 0x948e020
access(test)->right_child: 0x948e038

Node propagated with access, but subchilds are not:
access(test)->left_child->left_child: (nil)
access(test)->left_child->right_child: (nil)

Can use access on subchilds:
access(test->left_child)->left_child: 0x948e050
access(test->left_child)->right_child: 0x948e068

It's possible to chain:
access(access(access(test)->right_child)->right_child)->lower_value: 9
access(access(access(test)->right_child)->right_child)->upper_value: 10
 19
Author: Zeta,
Warning: date(): Invalid date.timezone value 'Europe/Kyiv', we selected the timezone 'UTC' for now. in /var/www/agent_stack/data/www/doraprojects.net/template/agent.layouts/content.php on line 54
2012-08-04 13:08:52

Chociaż nie udało mi się go jeszcze rozwiązać, uważam, że ten problem jest o wiele łatwiejszy niż nam się wydaje. Prawdopodobnie nie musisz nawet używać drzewa segmentów/drzewa interwałów... W rzeczywistości próbowałem obu sposobów implementacji Segment Tree, jeden używa struktury drzewa, a drugi używa tablicy, oba rozwiązania szybko dostały TLE. Mam wrażenie, że można to zrobić za pomocą Greedy, ale nie jestem jeszcze pewien. W każdym razie, jeśli chcesz zobaczyć, jak rzeczy są zrobione za pomocą drzewa segmentu, zapraszam do zapoznania się z moim rozwiązaniem. Zauważ, że max_tree[1] i min_tree[1] odpowiadają max/min.

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <map>
#include <set>
#include <utility>
#include <stack>
#include <deque>
#include <queue>
#include <fstream>
#include <functional>
#include <numeric>

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <cmath>
#include <cassert>

#ifdef _WIN32 || _WIN64
#define getc_unlocked _fgetc_nolock
#endif

using namespace std;

const int MAX_RANGE = 1000000;
const int NIL = -(1 << 29);
int data[MAX_RANGE] = {0};
int min_tree[3 * MAX_RANGE + 1];
int max_tree[3 * MAX_RANGE + 1];
int added_to_interval[3 * MAX_RANGE + 1];

struct node {
    int max_value;
    int min_value;
    int added;
    node *left;
    node *right;
};

node* build_tree(int l, int r, int values[]) {
    node *root = new node;
    root->added = 0;
    if (l > r) {
        return NULL;
    }
    else if (l == r) {
        root->max_value = l + 1; // or values[l]
        root->min_value = l + 1; // or values[l]
        root->added = 0;
        root->left = NULL;
        root->right = NULL;
        return root;
    }
    else {  
        root->left = build_tree(l, (l + r) / 2, values);
        root->right = build_tree((l + r) / 2 + 1, r, values);
        root->max_value = max(root->left->max_value, root->right->max_value);
        root->min_value = min(root->left->min_value, root->right->min_value);
        root->added = 0;
        return root;
    }
}

node* build_tree(int l, int r) {
    node *root = new node;
    root->added = 0;
    if (l > r) {
        return NULL;
    }
    else if (l == r) {
        root->max_value = l + 1; // or values[l]
        root->min_value = l + 1; // or values[l]
        root->added = 0;
        root->left = NULL;
        root->right = NULL;
        return root;
    }
    else {  
        root->left = build_tree(l, (l + r) / 2);
        root->right = build_tree((l + r) / 2 + 1, r);
        root->max_value = max(root->left->max_value, root->right->max_value);
        root->min_value = min(root->left->min_value, root->right->min_value);
        root->added = 0;
        return root;
    }
}

void update_tree(node* root, int begin, int end, int i, int j, int amount) {
    // out of range
    if (begin > end || begin > j || end < i) {
        return;
    }
    // in update range (i, j)
    else if (i <= begin && end <= j) {
        root->max_value += amount;
        root->min_value += amount;
        root->added += amount;
    }
    else {
        if (root->left == NULL && root->right == NULL) {
            root->max_value = root->max_value + root->added;
            root->min_value = root->min_value + root->added;
        }
        else if (root->right != NULL && root->left == NULL) {
            update_tree(root->right, (begin + end) / 2 + 1, end, i, j, amount);
            root->max_value = root->right->max_value + root->added;
            root->min_value = root->right->min_value + root->added;
        }
        else if (root->left != NULL && root->right == NULL) {
            update_tree(root->left, begin, (begin + end) / 2, i, j, amount);
            root->max_value = root->left->max_value + root->added;
            root->min_value = root->left->min_value + root->added;
        }
        else {
            update_tree(root->right, (begin + end) / 2 + 1, end, i, j, amount);
            update_tree(root->left, begin, (begin + end) / 2, i, j, amount);
            root->max_value = max(root->left->max_value, root->right->max_value) + root->added;
            root->min_value = min(root->left->min_value, root->right->min_value) + root->added;
        }
    }
}

void print_tree(node* root) {
    if (root != NULL) {
        print_tree(root->left);
        cout << "\t(max, min): " << root->max_value << ", " << root->min_value << endl;
        print_tree(root->right);
    }
}

void clean_up(node*& root) {
    if (root != NULL) {
        clean_up(root->left);
        clean_up(root->right);
        delete root;
        root = NULL;
    }
}

void update_bruteforce(int x, int y, int z, int &smallest, int &largest, int data[], int n) {
    for (int i = x; i <= y; ++i) {
        data[i] += z;       
    }

    // update min/max
    smallest = data[0];
    largest = data[0];
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        if (data[i] < smallest) {
            smallest = data[i];
        }

        if (data[i] > largest) {
            largest = data[i];
        }
    }
}

void build_tree_as_array(int position, int left, int right) {
    if (left > right) {
        return;
    }
    else if (left == right) {
        max_tree[position] = left + 1;
        min_tree[position] = left + 1;
        added_to_interval[position] = 0;
        return;
    }
    else {
        build_tree_as_array(position * 2, left, (left + right) / 2);
        build_tree_as_array(position * 2 + 1, (left + right) / 2 + 1, right);
        max_tree[position] = max(max_tree[position * 2], max_tree[position * 2 + 1]);
        min_tree[position] = min(min_tree[position * 2], min_tree[position * 2 + 1]);
    }
}

void update_tree_as_array(int position, int b, int e, int i, int j, int value) {
    if (b > e || b > j || e < i) {
        return;
    }
    else if (i <= b && e <= j) {
        max_tree[position] += value;
        min_tree[position] += value;
        added_to_interval[position] += value;
        return;
    }
    else {
        int left_branch = 2 * position;
        int right_branch = 2 * position + 1;
        // make sure the array is ok
        if (left_branch >= 2 * MAX_RANGE + 1 || right_branch >= 2 * MAX_RANGE + 1) {
            max_tree[position] = max_tree[position] + added_to_interval[position];
            min_tree[position] = min_tree[position] + added_to_interval[position];
            return;
        }
        else if (max_tree[left_branch] == NIL && max_tree[right_branch] == NIL) {
            max_tree[position] = max_tree[position] + added_to_interval[position];
            min_tree[position] = min_tree[position] + added_to_interval[position];
            return;
        }
        else if (max_tree[left_branch] != NIL && max_tree[right_branch] == NIL) {
            update_tree_as_array(left_branch, b , (b + e) / 2 , i, j, value);
            max_tree[position] = max_tree[left_branch] + added_to_interval[position];
            min_tree[position] = min_tree[left_branch] + added_to_interval[position];
        }
        else if (max_tree[right_branch] != NIL && max_tree[left_branch] == NIL) {
            update_tree_as_array(right_branch, (b + e) / 2 + 1 , e , i, j, value);
            max_tree[position] = max_tree[right_branch] + added_to_interval[position];
            min_tree[position] = min_tree[right_branch] + added_to_interval[position];
        }
        else {
            update_tree_as_array(left_branch, b, (b + e) / 2 , i, j, value);
            update_tree_as_array(right_branch, (b + e) / 2 + 1 , e , i, j, value);
            max_tree[position] = max(max_tree[position * 2], max_tree[position * 2 + 1]) + added_to_interval[position]; 
            min_tree[position] = min(min_tree[position * 2], min_tree[position * 2 + 1]) + added_to_interval[position];
        }
    }
}

void show_data(int data[], int n) {
    cout << "[current data]\n";
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        cout << data[i] << ", ";
    }
    cout << endl;
}

inline void input(int* n) {
    char c = 0;
    while (c < 33) {
        c = getc_unlocked(stdin);
    }

    *n = 0;
    while (c > 33) {
        *n = (*n * 10) + c - '0';
        c = getc_unlocked(stdin);
    }
}

void handle_special_case(int m) {
    int type;
    int x;
    int y;
    int added_amount;
    for (int i = 0; i < m; ++i) {
        input(&type);
        input(&x);
        input(&y);
        input(&added_amount);
    }
    printf("0\n");
}

void find_largest_range_use_tree() {
    int n;
    int m;
    int type;
    int x;
    int y;
    int added_amount;

    input(&n);
    input(&m);

    if (n == 1) {
        handle_special_case(m);
        return;
    }

    node *root = build_tree(0, n - 1);
    for (int i = 0; i < m; ++i) {
        input(&type);
        input(&x);
        input(&y);
        input(&added_amount);
        if (type == 1) {    
            added_amount *= 1;
        }
        else {
            added_amount *= -1;
        }

        update_tree(root, 0, n - 1, x - 1, y - 1, added_amount);
    }

    printf("%d\n", root->max_value - root->min_value);
}

void find_largest_range_use_array() {
    int n;
    int m;
    int type;
    int x;
    int y;
    int added_amount;

    input(&n);
    input(&m);

    if (n == 1) {
        handle_special_case(m);
        return;
    }

    memset(min_tree, NIL, 3 * sizeof(int) * n + 1);
    memset(max_tree, NIL, 3 * sizeof(int) * n + 1);
    memset(added_to_interval, 0, 3 * sizeof(int) * n + 1);
    build_tree_as_array(1, 0, n - 1);

    for (int i = 0; i < m; ++i) {
        input(&type);
        input(&x);
        input(&y);
        input(&added_amount);
        if (type == 1) {    
            added_amount *= 1;
        }
        else {
            added_amount *= -1;
        }

        update_tree_as_array(1, 0, n - 1, x - 1, y - 1, added_amount);
    }

    printf("%d\n", max_tree[1] - min_tree[1]);
}

void update_slow(int x, int y, int value) {
    for (int i = x - 1; i < y; ++i) {
        data[i] += value;
    }
}

void find_largest_range_use_common_sense() {
    int n;
    int m;
    int type;
    int x;
    int y;
    int added_amount;

    input(&n);
    input(&m);

    if (n == 1) {
        handle_special_case(m);
        return;
    }

    memset(data, 0, sizeof(int) * n);
    for (int i = 0; i < m; ++i) {
        input(&type);
        input(&x);
        input(&y);
        input(&added_amount);

        if (type == 1) {    
            added_amount *= 1;
        }
        else {
            added_amount *= -1;
        }

        update_slow(x, y, added_amount);
    }

     // update min/max
    int smallest = data[0] + 1;
    int largest = data[0] + 1;
    for (int i = 1; i < n; ++i) {
        if (data[i] + i + 1 < smallest) {
            smallest = data[i] + i + 1;
        }

        if (data[i] + i + 1 > largest) {
            largest = data[i] + i + 1;
        }
    }

    printf("%d\n", largest - smallest); 
}

void inout_range_of_data() {
    int test_cases;
    input(&test_cases);

    while (test_cases--) {
        find_largest_range_use_common_sense();
    }
}

namespace unit_test {
    void test_build_tree() {
        for (int i = 0; i < MAX_RANGE; ++i) {
            data[i] = i + 1;
        }

        node *root = build_tree(0, MAX_RANGE - 1, data);
        print_tree(root);
    }

    void test_against_brute_force() {
          // arrange
        int number_of_operations = 100;
        for (int i = 0; i < MAX_RANGE; ++i) {
            data[i] = i + 1;
        }

        node *root = build_tree(0, MAX_RANGE - 1, data);

        // print_tree(root);
        // act
        int operation;
        int x;
        int y;
        int added_amount;
        int smallest = 1;
        int largest = MAX_RANGE;

        // assert
        while (number_of_operations--) {
            operation = rand() % 2; 
            x = 1 + rand() % MAX_RANGE;
            y = x + (rand() % (MAX_RANGE - x + 1));
            added_amount = 1 + rand() % MAX_RANGE;
            // cin >> operation >> x >> y >> added_amount;
            if (operation == 1) {
                added_amount *= 1;
            }
            else {
                added_amount *= -1;    
            }

            update_bruteforce(x - 1, y - 1, added_amount, smallest, largest, data, MAX_RANGE);
            update_tree(root, 0, MAX_RANGE - 1, x - 1, y - 1, added_amount);
            assert(largest == root->max_value);
            assert(smallest == root->min_value);
            for (int i = 0; i < MAX_RANGE; ++i) {
                cout << data[i] << ", ";
            }
            cout << endl << endl;
            cout << "correct:\n";
            cout << "\t largest = " << largest << endl;
            cout << "\t smallest = " << smallest << endl;
            cout << "testing:\n";
            cout << "\t largest = " << root->max_value << endl;
            cout << "\t smallest = " << root->min_value << endl;
            cout << "testing:\n";
            cout << "\n------------------------------------------------------------\n";
            cout << "final result: " << largest - smallest << endl;
            cin.get();
        }

        clean_up(root);
    }

    void test_automation() {
          // arrange
        int test_cases;
        int number_of_operations = 100;
        int n;


        test_cases = 10000;
        for (int i = 0; i < test_cases; ++i) {
            n = i + 1;

            int operation;
            int x;
            int y;
            int added_amount;
            int smallest = 1;
            int largest = n;


            // initialize data for brute-force
            for (int i = 0; i < n; ++i) {
                data[i] = i + 1;
            }

            // build tree   
            node *root = build_tree(0, n - 1, data);
            for (int i = 0; i < number_of_operations; ++i) {
                operation = rand() % 2; 
                x = 1 + rand() % n;
                y = x + (rand() % (n - x + 1));
                added_amount = 1 + rand() % n;

                if (operation == 1) {
                    added_amount *= 1;
                }
                else {
                    added_amount *= -1;    
                }

                update_bruteforce(x - 1, y - 1, added_amount, smallest, largest, data, n);
                update_tree(root, 0, n - 1, x - 1, y - 1, added_amount);
                assert(largest == root->max_value);
                assert(smallest == root->min_value);

                cout << endl << endl;
                cout << "For n = " << n << endl;
                cout << ", where data is : \n";
                for (int i = 0; i < n; ++i) {
                    cout << data[i] << ", ";
                }
                cout << endl;
                cout << " and query is " << x - 1 << ", " << y - 1 << ", " << added_amount << endl;
                cout << "correct:\n";
                cout << "\t largest = " << largest << endl;
                cout << "\t smallest = " << smallest << endl;
                cout << "testing:\n";
                cout << "\t largest = " << root->max_value << endl;
                cout << "\t smallest = " << root->min_value << endl;
                cout << "\n------------------------------------------------------------\n";
                cout << "final result: " << largest - smallest << endl;
            }

            clean_up(root);
        }

        cout << "DONE............\n";
    }

    void test_tree_as_array() {
          // arrange
        int test_cases;
        int number_of_operations = 100;
        int n;
        test_cases = 1000;
        for (int i = 0; i < test_cases; ++i) {
            n = MAX_RANGE;
            memset(min_tree, NIL, sizeof(min_tree));
            memset(max_tree, NIL, sizeof(max_tree));
            memset(added_to_interval, 0, sizeof(added_to_interval));
            memset(data, 0, sizeof(data));

            int operation;
            int x;
            int y;
            int added_amount;
            int smallest = 1;
            int largest = n;


            // initialize data for brute-force
            for (int i = 0; i < n; ++i) {
                data[i] = i + 1;
            }

            // build tree using array
            build_tree_as_array(1, 0, n - 1);
            for (int i = 0; i < number_of_operations; ++i) {
                operation = rand() % 2; 
                x = 1 + rand() % n;
                y = x + (rand() % (n - x + 1));
                added_amount = 1 + rand() % n;

                if (operation == 1) {
                    added_amount *= 1;
                }
                else {
                    added_amount *= -1;    
                }

                update_bruteforce(x - 1, y - 1, added_amount, smallest, largest, data, n);
                update_tree_as_array(1, 0, n - 1, x - 1, y - 1, added_amount);
                //assert(max_tree[1] == largest);
                //assert(min_tree[1] == smallest);

                cout << endl << endl;
                cout << "For n = " << n << endl;
                // show_data(data, n);
                cout << endl;
                cout << " and query is " << x - 1 << ", " << y - 1 << ", " << added_amount << endl;
                cout << "correct:\n";
                cout << "\t largest = " << largest << endl;
                cout << "\t smallest = " << smallest << endl;
                cout << "testing:\n";
                cout << "\t largest = " << max_tree[1] << endl;
                cout << "\t smallest = " << min_tree[1] << endl;
                cout << "\n------------------------------------------------------------\n";
                cout << "final result: " << largest - smallest << endl;
                cin.get();
            }
        }

        cout << "DONE............\n";
    }
}

int main() {
    // unit_test::test_against_brute_force();
    // unit_test::test_automation();    
    // unit_test::test_tree_as_array();
    inout_range_of_data();

    return 0;
}
 1
Author: Chan,
Warning: date(): Invalid date.timezone value 'Europe/Kyiv', we selected the timezone 'UTC' for now. in /var/www/agent_stack/data/www/doraprojects.net/template/agent.layouts/content.php on line 54
2012-08-07 01:14:26

Jeśli ktoś szuka dalszego prostego kodu leniwej propagacji bez użycia struktur:

(kod jest oczywisty)

/**
 * In this code we have a very large array called arr, and very large set of operations
 * Operation #1: Increment the elements within range [i, j] with value val
 * Operation #2: Get max element within range [i, j]
 * Build tree: build_tree(1, 0, N-1)
 * Update tree: update_tree(1, 0, N-1, i, j, value)
 * Query tree: query_tree(1, 0, N-1, i, j)
 */

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;

#include<string.h>
#include<math.h> 

#define N 20
#define MAX (1+(1<<6)) // Why? :D
#define inf 0x7fffffff

int arr[N];
int tree[MAX];
int lazy[MAX];

/**
 * Build and init tree
 */
void build_tree(int node, int a, int b) {
    if(a > b) return; // Out of range

    if(a == b) { // Leaf node
            tree[node] = arr[a]; // Init value
        return;
    }

    build_tree(node*2, a, (a+b)/2); // Init left child
    build_tree(node*2+1, 1+(a+b)/2, b); // Init right child

    tree[node] = max(tree[node*2], tree[node*2+1]); // Init root value
}

/**
 * Increment elements within range [i, j] with value value
 */
void update_tree(int node, int a, int b, int i, int j, int value) {

    if(lazy[node] != 0) { // This node needs to be updated
        tree[node] += lazy[node]; // Update it

        if(a != b) {
            lazy[node*2] += lazy[node]; // Mark child as lazy
                lazy[node*2+1] += lazy[node]; // Mark child as lazy
        }

        lazy[node] = 0; // Reset it
    }

    if(a > b || a > j || b < i) // Current segment is not within range [i, j]
        return;

    if(a >= i && b <= j) { // Segment is fully within range
            tree[node] += value;

        if(a != b) { // Not leaf node
            lazy[node*2] += value;
            lazy[node*2+1] += value;
        }

            return;
    }

    update_tree(node*2, a, (a+b)/2, i, j, value); // Updating left child
    update_tree(1+node*2, 1+(a+b)/2, b, i, j, value); // Updating right child

    tree[node] = max(tree[node*2], tree[node*2+1]); // Updating root with max value
}

/**
 * Query tree to get max element value within range [i, j]
 */
int query_tree(int node, int a, int b, int i, int j) {

    if(a > b || a > j || b < i) return -inf; // Out of range

    if(lazy[node] != 0) { // This node needs to be updated
        tree[node] += lazy[node]; // Update it

        if(a != b) {
            lazy[node*2] += lazy[node]; // Mark child as lazy
            lazy[node*2+1] += lazy[node]; // Mark child as lazy
        }

        lazy[node] = 0; // Reset it
    }

    if(a >= i && b <= j) // Current segment is totally within range [i, j]
        return tree[node];

    int q1 = query_tree(node*2, a, (a+b)/2, i, j); // Query left child
    int q2 = query_tree(1+node*2, 1+(a+b)/2, b, i, j); // Query right child

    int res = max(q1, q2); // Return final result

    return res;
}

int main() {
    for(int i = 0; i < N; i++) arr[i] = 1;

    build_tree(1, 0, N-1);

    memset(lazy, 0, sizeof lazy);

    update_tree(1, 0, N-1, 0, 6, 5); // Increment range [0, 6] by 5
    update_tree(1, 0, N-1, 7, 10, 12); // Incremenet range [7, 10] by 12
    update_tree(1, 0, N-1, 10, N-1, 100); // Increment range [10, N-1] by 100

    cout << query_tree(1, 0, N-1, 0, N-1) << endl; // Get max element in range [0, N-1]
}

Zobacz ten link, aby uzyskać więcej wyjaśnień segmentowe drzewa i leniwe rozmnażanie

 1
Author: JerryGoyal,
Warning: date(): Invalid date.timezone value 'Europe/Kyiv', we selected the timezone 'UTC' for now. in /var/www/agent_stack/data/www/doraprojects.net/template/agent.layouts/content.php on line 54
2015-06-03 14:28:18

Wydaje się, że nie ma żadnej przewagi w robieniu drzew segmentu leniwym. Ostatecznie trzeba będzie spojrzeć na końcach każdego segmentu nachylenia jednostki, aby uzyskać min i max. Więc równie dobrze możesz je chętnie rozszerzać.

Po prostu zmodyfikuj standardową definicję drzewa segmentów. Interwały w drzewie będą miały dodatkową liczbę całkowitą d zapisaną razem z nimi, więc napiszemy [d; lo,hi]. Drzewo ma następujące operacje:

init(T, hi) // make a segment tree for the interval [0; 1,hi]
split(T, x, d)  // given there exists some interval [e; lo,hi],
                // in T where lo < x <= hi, replace this interval
                // with 2 new ones [e; lo,x-1] and [d; x,hi];
                // if x==lo, then replace with [e+d; lo,hi]

Teraz po inicjalizacji zajmujemy się dodanie d do subinterwalu {[5] } z dwoma operacjami podziału:

split(T, lo, d); split(T, hi+1, -d);

Chodzi o to, że dodajemy d do wszystkiego na pozycji lo i do prawej i odejmujemy ją ponownie dla hi+1 i prawej.

Po zbudowaniu drzewa, pojedyncze przejście od lewej do prawej nad liśćmi pozwala nam znaleźć wartości na końcach segmentów nachylenia jednostek liczb całkowitych. To wszystko, czego potrzebujemy do obliczenia wartości min i max. Bardziej formalnie, jeśli odstępy między liśćmi drzewa są [d_i; lo_i,hi_i], i=1..n w kolejności od lewej do prawej, następnie chcemy obliczyć różnicę biegu D_i = sum{i=1..n} d_i, a następnie L_i = lo_i + D_i i H_i = hi_i + D_i. W przykładzie zaczynamy od [0; 1,10], a następnie dzielimy na 4 z D=-4 i 7 z D=+4, Aby uzyskać [0; 1,2] [-4; 3,6] [4; 7,10]. Następnie L = [1,-1,7] i H = [2, 2, 10]. Więc min to -1, a max to 10. Jest to banalny przykład, ale będzie działać w ogóle.

Czas wykonania będzie wynosił O (min (K log N, k^2)), gdzie N to maksymalna wartość początkowego zakresu (10 W przykładzie), A k to liczba zastosowanych operacji. Etui k^2 występuje, jeśli masz bardzo pecha w zamawianiu splitów. Jeśli randomizujesz listę operacji, oczekiwany czas wyniesie O (K min (log N, log k)).

Jeśli jesteś zainteresowany, mogę to za Ciebie zakodować. Ale nie zrobię tego, jeśli nie będzie zainteresowania.
 0
Author: Gene,
Warning: date(): Invalid date.timezone value 'Europe/Kyiv', we selected the timezone 'UTC' for now. in /var/www/agent_stack/data/www/doraprojects.net/template/agent.layouts/content.php on line 54
2012-08-12 20:56:42

Oto link. Posiada implementację i Wyjaśnienie drzewa segmentów z leniwą propagacją. Chociaż kod jest w Javie, ale to nie ma znaczenia, ponieważ istnieją tylko dwie funkcje "update" i "query"i obie są oparte na tablicach. Funkcje te dziaĹ ' ajÄ ... wiÄ ™ c w C i C++ rĂłwnieĹź bez jakiejkolwiek modyfikacji.

Http://isharemylearning.blogspot.in/2012/08/lazy-propagation-in-segment-tree.html

 0
Author: Bharat Kul Ratan,
Warning: date(): Invalid date.timezone value 'Europe/Kyiv', we selected the timezone 'UTC' for now. in /var/www/agent_stack/data/www/doraprojects.net/template/agent.layouts/content.php on line 54
2012-08-13 08:16:31