[Acwing算法基础]2.6 差分

原文:原文连接

类似于数学中的求导和积分,差分可以看成前缀和的逆运算。

差分数组:

首先给定一个原数组a:a[1], a[2], a[3], a[n];

然后我们构造一个数组b : b[1] ,b[2] , b[3], b[i];

使得 a[i] = b[1] + b[2 ]+ b[3] +, + b[i]

也就是说,a数组是b数组的前缀和数组,反过来我们把b数组叫做a数组的差分数组。换句话说,每一个a[i]都是b数组中从头开始的一段区间和。

考虑如何构造差分b数组?

最为直接的方法

如下:

a[0 ]= 0;

b[1] = a[1] - a[0];

b[2] = a[2] - a[1];

b[3] =a [3] - a[2];

b[n] = a[n] - a[n-1];

图示:

我们只要有b数组,通过前缀和运算,就可以在O(n) 的时间内得到a数组 。

知道了差分数组有什么用呢? 别着急,慢慢往下看。

话说有这么一个问题:

给定区间[l ,r ],让我们把a数组中的[ l, r]区间中的每一个数都加上c,即 a[l] + c , a[l+1] + c , a[l+2] + c , a[r] + c;

暴力做法是for循环l到r区间,时间复杂度O(n),如果我们需要对原数组执行m次这样的操作,时间复杂度就会变成O(n*m)。有没有更高效的做法吗? 考虑差分做法。

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]的修改,会影响到a数组中从a[i]及往后的每一个数。

首先让差分b数组中的 b[l] + c ,a数组变成 a[l] + c ,a[l+1] + c, a[n] + c;

然后我们打个补丁,b[r+1] - c, a数组变成 a[r+1] - c,a[r+2] - c,a[n] - c;

为啥还要打个补丁?

我们画个图理解一下这个公式的由来:

b[l] + c,效果使得a数组中 a[l]及以后的数都加上了c(红色部分),但我们只要求l到r区间加上c, 因此还需要执行 b[r+1] - c,让a数组中a[r+1]及往后的区间再减去c(绿色部分),这样对于a[r] 以后区间的数相当于没有发生改变。

因此我们得出一维差分结论:给a数组中的[ l, r]区间中的每一个数都加上c,只需对差分数组b做 b[l] + = c, b[r+1] - = c。时间复杂度为O(1), 大大提高了效率。

总结:

前缀和与差分的个人心得总结
AC代码

//差分 时间复杂度 o(m)
#include<iostream>
using namespace std;
const int N = 1e5 + 10;
int a[N], b[N];
int main()
{
    
    
    int n, m;
    scanf("%d%d", &n, &m);
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
    
    
        scanf("%d", &a[i]);
        b[i] = a[i] - a[i - 1];      //构建差分数组
    }
    int l, r, c;
    while (m--)
    {
    
    
        scanf("%d%d%d", &l, &r, &c);
        b[l] += c;     //将序列中[l, r]之间的每个数都加上c
        b[r + 1] -= c;
    }
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
    
    
        a[i] = b[i] + a[i - 1];    //前缀和运算
        printf("%d ", a[i]);
    }
    return 0;
}

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