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programming_algorithm:data_structure:segment_tree [2019/11/13] – [セグメント木] ikatakos | programming_algorithm:data_structure:segment_tree [2019/11/13] – ikatakos | ||
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* [[http:// | * [[http:// | ||
- | 区間に対する処理をするときによく使われる。$a_1, | + | 区間に対する処理をするときによく使われる。$a_1, |
* 区間和のセグメント木(例) | * 区間和のセグメント木(例) | ||
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例えば区間和なら $a+b=c$ → $c-a=b$ なので、(区間$[l, | 例えば区間和なら $a+b=c$ → $c-a=b$ なので、(区間$[l, | ||
最小値や最大値はこうはいかない。 | 最小値や最大値はこうはいかない。 | ||
+ | |||
+ | 数学的には、[[wpjp> | ||
+ | モノイドとは、例えば「整数全体」と「足し算」のように、ある要素の集合 $S$ とその上での二項演算 $\bullet$ の組合せの内、以下の条件を満たすものである。 | ||
+ | |||
+ | * 結合律が成り立つ=計算の順序を入れ替えてもいい | ||
+ | * $(a \bullet b) \bullet c = a \bullet (b \bullet c)$ | ||
+ | * 単位元が存在する | ||
+ | * $S$ のどんな要素 $a$ に対しても影響を及ぼさない要素 $e$ が存在する | ||
+ | * $a \bullet e = e \bullet a = a$ | ||
+ | |||
+ | 結合律が成り立たない例としては、実数と冪乗が挙げられる。$\displaystyle (4^3)^2=4096, | ||
+ | |||
+ | 単位元が存在しない例としては、自然数と足し算があげられる。 | ||
+ | |||
+ | ただし、モノイド→セグメント木が利用可能は真だが、逆は必ずしも真でない。 | ||
+ | 例えば単位元が無い自然数上の足し算は、(初期値などに制約はあるが)セグメント木で実装できる。 | ||
+ | |||
+ | =====indexの表現方法===== | ||
+ | |||
+ | セグメント木には、2つのindex(っぽい概念)が登場する。 | ||
+ | |||
+ | * (1) updateやqueryで与えられる $a_i$ の $i$ を指すindex | ||
+ | * (2) 二分木を1つの配列で表現する実装において、その配列上のindex | ||
+ | |||
+ | 1 | ||
+ | / | ||
+ | | ||
+ | / \ / \ | ||
+ | 4 5 6 7 | ||
+ | || || || || 対応 | ||
+ | a1 a2 a3 a4 ←(1) | ||
+ | |||
+ | indexは、0始まりか1始まりかを意識する必要がある。 | ||
+ | |||
+ | プログラム全般的には、多くの言語で配列の添字が0-indexなのでそれに倣うことが多いが、 | ||
+ | 特に(2)の二分木の実装では、1-indexにした方が都合が良い。 | ||
+ | |||
+ | 2進数にしたとき、深さと桁数が一致する。また、子のindexを右bitshiftすると親になるので、親子を辿るindexの計算が簡潔になる。 | ||
+ | |||
+ | 0001 | ||
+ | / | ||
+ | 0010 0011 | ||
+ | / \ / \ | ||
+ | 0100 0101 0110 0111 | ||
=====一点更新・区間取得===== | =====一点更新・区間取得===== |