AcWing 798. 差分矩阵 【 c++详细题解 】

题目

输入一个n行m列的整数矩阵,再输入q个操作,每个操作包含五个整数x1, y1, x2, y2, c,其中(x1, y1)和(x2, y2)表示一个子矩阵的左上角坐标和右下角坐标。

每个操作都要将选中的子矩阵中的每个元素的值加上c。

请你将进行完所有操作后的矩阵输出。
输入格式

第一行包含整数n,m,q。

接下来n行,每行包含m个整数,表示整数矩阵。

接下来q行,每行包含5个整数x1, y1, x2, y2, c,表示一个操作。
输出格式

共 n 行,每行 m 个整数,表示所有操作进行完毕后的最终矩阵。
数据范围

1≤n,m≤1000,
1≤q≤100000,
1≤x1≤x2≤n,
1≤y1≤y2≤m,
−1000≤c≤1000,
−1000≤矩阵内元素的值≤1000

输入样例:

3 4 3
1 2 2 1
3 2 2 1
1 1 1 1
1 1 2 2 1
1 3 2 3 2
3 1 3 4 1

输出样例:

2 3 4 1
4 3 4 1
2 2 2 2

2.思路

如果扩展到二维,我们需要让二维数组被选中的子矩阵中的每个元素的值加上c,是否也可以达到O(1)的时间复杂度。答案是可以的,考虑二维差分

a[][]数组是b[][]数组的前缀和数组,那么b[][]a[][]的差分数组

原数组: a[i][j]

我们去构造差分数组: b[i][j]

使得a数组中a[i][j]b数组左上角(1,1)到右下角(i,j)所包围矩形元素的和。

如何构造b数组呢?

这里不像一维差分那样,可以直接找到一种构造方式去构造,因此我们可以去逆向思考

同一维差分,我们构造二维差分数组目的是为了 让原二维数组a中所选中子矩阵中的每一个元素加上c的操作,可以由O(n*n)的时间复杂度优化成O(1)

已知原数组a中被选中的子矩阵为 以(x1,y1)为左上角,以(x2,y2)为右上角所围成的矩形区域;

始终要记得,a数组是b数组的前缀和数组,比如对b数组的b[i][j]的修改,会影响到a数组中从a[i][j]及往后的每一个数。

假定我们已经构造好了b数组,类比一维差分,我们执行以下操作
来使被选中的子矩阵中的每个元素的值加上c

b[x1][y1] + = c;

b[x1,][y2+1] - = c;

b[x2+1][y1] - = c;

b[x2+1][y2+1] + = c;

每次对b数组执行以上操作,等价于:

for(int i=x1;i<=x2;i++)
  for(int j=y1;j<=y2;j++)
    a[i][j]+=c;

我们画个图去理解一下这个过程:

b[x1][ y1 ] +=c ; 对应图1 ,让整个a数组中蓝色矩形面积的元素都加上了c
b[x1,][y2+1]-=c ; 对应图2 ,让整个a数组中绿色矩形面积的元素再减去c,使其内元素不发生改变。
b[x2+1][y1]- =c ; 对应图3 ,让整个a数组中紫色矩形面积的元素再减去c,使其内元素不发生改变。
b[x2+1][y2+1]+=c; 对应图4,让整个a数组中红色矩形面积的元素再加上c,红色内的相当于被减了两次,再加上一次c,才能使其恢复。
在这里插入图片描述
我们将上述操作封装成一个插入函数:

void insert(int x1,int y1,int x2,int y2,int c)
{
    
         //对b数组执行插入操作,等价于对a数组中的(x1,y1)到(x2,y2)之间的元素都加上了c
    b[x1][y1]+=c;
    b[x2+1][y1]-=c;
    b[x1][y2+1]-=c;
    b[x2+1][y2+1]+=c;
}

我们可以先假想a数组为空,那么b数组一开始也为空,但是实际上a数组并不为空,因此我们每次让以(i,j)为左上角到以(i,j)为右上角面积内元素(其实就是一个小方格的面积)去插入 c=a[i][j],等价于原数组a(i,j)(i,j)范围内 加上了 a[i][j] ,因此执行n*m次插入操作,就成功构建了差分b数组.

这叫做曲线救国。

代码如下:

  for(int i=1;i<=n;i++)
  {
    
    
      for(int j=1;j<=m;j++)
      {
    
    
          insert(i,j,i,j,a[i][j]);    //构建差分数组
      }
  }

总结:

在这里插入图片描述

3.代码

include<iostream>
#include<cstdio>
using namespace std;
const int N=1e3+10;
int a[N][N],b[N][N];
void insert(int x1,int y1,int x2,int y2,int c)
{
    
    
    b[x1][y1]+=c;
    b[x2+1][y1]-=c;
    b[x1][y2+1]-=c;
    b[x2+1][y2+1]+=c;
}
int main()
{
    
    
  int n,m,q;
  cin>>n>>m>>q;  
  for(int i=1;i<=n;i++)
   for(int j=1;j<=m;j++)
    cin>>a[i][j];
  for(int i=1;i<=n;i++)
  {
    
    
      for(int j=1;j<=m;j++)
      {
    
    
          insert(i,j,i,j,a[i][j]);    //构建差分数组
      }
  }
  while(q--)
  {
    
    
      int x1,y1,x2,y2,c;
      cin>>x1>>y1>>x2>>y2>>c;
      insert(x1,y1,x2,y2,c);
  }
  for(int i=1;i<=n;i++)
  {
    
    
      for(int j=1;j<=m;j++)
      {
    
    
          b[i][j]+=b[i-1][j]+b[i][j-1]-b[i-1][j-1];
      }
  }
  for(int i=1;i<=n;i++)
  {
    
    
      for(int j=1;j<=m;j++)
      {
    
    
          printf("%d ",b[i][j]);
      }
      printf("\n");
  }
  return 0;
}

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