对于一个数组a[],差分数组diff[]的定义是:diff[i] = a[i] - a[i-1]
diff[1] = a[1]
diff[2] = a[2] - a[1]
diff[3] = a[3] - a[2]
....
diff[i-2] = a[i-2] - a[i-3]
diff[i-1] = a[i-1] - a[i-2]
diff[i] = a[i] - a[i-1]
累加可得:diff[1] + diff[2] + diff[3] +...+ diff[i-2] + diff[i-1] + diff[i] = a[i]
所以对差分数组做前缀和可以还原为原数组。
原数组执行区间加法,即对[l,r]上的数都加上x,对于差分数组而言:diff[l] += x,diff[r+1] -= x。
差分数组可以实现快速的区间加法,最终只需要对差分数组求前缀和就能得到原数组;
无法边修改编查询,只能先修改后查询;
diff[l] += x :相当于l后面的数都加上x;
diff[r+1] -= x :相当于r+1后面的数都减去x。
例题1:区间更新
题目描述:
给定一个长度为n的数组a[1],a[2],a[3]...a[n]。同时给定m个操作,每个操作有3个整型数据x,y,z,每个操作的意义就是给数组中下标为x和下标为y之间的数(包括x和y)加上z。
输入格式:
输入有多组数据,数据组数量不多于5,每一组数据第一行有两个整数n,m(0 < n,m < 10^5)。第二行有n个整数,分别代表a[1],a[2],...,a[n](0 <= a[n] < 10)的初始值,接下来就m行,每一行有3个整数x,y,z(0 < x <= y <= n,0 < z < 10)。
输出格式:
在一行内输出这个序列的所有元素的值,并且每个值之间应该用空格隔开。
思路:
区间加法转换成差分数组的加减。
参考答案:
while True:
try:
n,m = map(int,input().split())
a = list(map(int,input().split()))
# 构建差分数组
diff = [0] * (n + 1)
diff[0] = a[0]
for i in range(1,n):
diff[i] = a[i] - a[i-1]
# 区间求和转换成差分数组
for _ in range(m):
x,y,z = map(int,input().split())
x -= 1
y -= 1
diff[x] += z
diff[y+1] -= z
# 对差分数组求前缀和
a[0] = diff[0]
for i in range(1,n):
a[i] = a[i - 1] + diff[i]
print(' '.join(map(str,a)))
except:
break
运行结果:
差分数组的前缀和 = 原数组
上次复习的是二维数组的前缀和:
上述式子中的sum换成a,a换成diff,就得到了二维差分数组的前缀和计算公式:
转换成代码,得:
def output(a,n):
for i in range(1,n+1):
print(' '.join(map(str,a[i][1:])))
n,m = map(int,input().split())
# 下标从1开始
a = [[0] * (m + 1) for i in range(n + 1)]
diff = [[0] * (m + 1) for i in range(n + 1)]
# 输入一个二维数组
for i in range(1,n + 1):
a[i] = [0] + list(map(int,input().split()))
output(a,n)
for i in range(1,n + 1):
for j in range(1,m + 1):
diff[i][j] = -a[i-1][j] - a[i][j-1] + a[i][j] + a[i-1][j-1]
output(diff,n)
运行结果:
1 | 2 | 3 | 4 |
5 | 6 | 7 | 8 |
9 | 10 | 11 | 12 |
13 | 14 | 15 | 16 |
这是原数组a
1 | 1 | 1 | 1 |
4 | 0 | 0 | 0 |
4 | 0 | 0 | 0 |
4 | 0 | 0 | 0 |
这是差分数组的结果。
我对红色部分加3后,再次运行上述代码,差分数组的结果变成了:
1 | 1 | 1 | 1 |
4 | 3 | 0 | -3 |
4 | 0 | 0 | 0 |
4 | -3 | 0 | 3 |
所以,可以得到以下结论:
矩阵(X1,Y1)到(X2,Y2)需要增加元素x,则
diff[x1][y1] += x
diff[x1][y2 + 1] -= x
diff[x2 + 1][y1] -= x
diff[x2 + 1][y2 + 1] += x
OK,这篇就写到这里了,下次继续!