c - 怠惰な伝播でセグメントツリーを実装する方法は？

Question

セグメントツリーの実装についてインターネットで検索しましたが、遅延伝播に関しては何も見つかりませんでした。スタックオーバーフローに関する以前の質問がいくつかありましたが、それらはSPOJのいくつかの特定の問題を解決することに焦点を当てていました。これは擬似コードを使用したセグメントツリーの最良の説明だと思いますが、遅延伝播を使用して実装する必要があります。私は次のリンクを見つけました：

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

上記のリンクに加えて、いくつかのブログもありましたが、それらはすべて同じスレッドを参照していました。

例

このデータ構造の適用例は、たとえば、1からnまでの範囲の数値が与えられた場合のようになります。ここで、特定の範囲に定数を加算したり、特定の範囲から定数を減算したりするなどの操作を実行します。操作を実行した後、私は与えられた数の最小数と最大数を伝えることになっています。

明らかな解決策は、指定された範囲内の各数値に1つずつ加算または減算を実行することです。しかし、これは、実行される操作が多くない状況では実行できません。

より良いアプローチは、レイジー伝播手法でセグメントツリーを使用することです。各番号に対して個別に更新操作を実行するのではなく、すべての操作が完了するまですべての操作を追跡するだけです。次に、最後に更新操作を実行して、範囲内の最小数と最大数を取得します。

実際のデータを使用した例

範囲[1,10]を指定したとします。これは、数値が1,2,3,4,5,6,7,8,9,10であることを意味します。ここで、[3,6]の範囲の数値を4減らす操作を実行するとします。したがって、数値は1,2、-1,0,1,2,7,8,9,10のようになります。ここで、[5,9]の範囲の数値を1増やす別の操作を実行すると、数値は1,2、-1,0,2,3,8,9,10,10のようになります。

今、私があなたに最大数と最小数を教えてくれるように頼んだら、答えは次のようになります：

Maximum = 10

Minimum = -1

これは単純な例です。実際の問題には、このような加算/減算操作が何千も含まれている可能性があります。これで明らかになることを願っています。

これは私がこれまでに理解したことですが、インターネット上に概念と実装をより良い方法で説明する統一されたリンクはないと思います。

セグメントツリーでの遅延伝播の擬似コードを含め、誰かが良い説明をすることができますか？

ありがとう。

Answer 1

怠惰な伝播には、ほとんどの場合、ある種の歩哨メカニズムが含まれます。現在のノードを伝播する必要がないことを確認する必要があります。このチェックは簡単かつ高速である必要があります。したがって、2つの可能性があります。

1. 非常に簡単にチェックできるノードのフィールドを保存するために、メモリを少し犠牲にします。
2. ノードが伝播されているかどうか、およびその子ノードを作成する必要があるかどうかを確認するために、ランタイムを少し犠牲にします。

私は最初に固執しました。セグメント化されたツリーのノードに子ノードが必要かどうかを確認するのは非常に簡単ですが（node->lower_value != node->upper_value）、それらの子ノードがすでに構築されているかどうかも確認する必要があるnode->left_child, node->right_childため（）、伝播フラグを導入しました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;

初期化

ノードを初期化するためinitializeに、ノードポインタ（またはNULL）へのポインタと目的のupper_value/ lower_value：を使用して呼び出します。

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;
}

アクセス

これまでのところ、特別なことは何も行われていません。これは、他のすべての汎用ノード作成方法と同じように見えます。ただし、実際の子ノードを作成して伝播フラグを設定するために、同じノードでポインターを返す関数を使用できますが、必要に応じてそれを伝播します。

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;
}

ご覧のとおり、伝播されたノードはほぼ即座に関数を終了します。伝播されないノードは、代わりに、最初に子ノードが実際に含まれるべきかどうかをチェックし、必要に応じてそれらを作成します。

これは実際には遅延評価です。必要になるまで子ノードを作成しません。accessErr追加のエラーインターフェイスも提供することに注意してください。access代わりに使用する必要がない場合：

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

無料

これらの要素を解放するために、一般的なノード割り当て解除アルゴリズムを使用できます。

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);
}

完全な例

次の例では、上記の関数を使用して、間隔[1,10]に基づいて遅延評価されたセグメントツリーを作成します。test最初の初期化後、子ノードがないことがわかります。を使用accessすることにより、実際にそれらの子ノードを生成し、それらの値を取得できます（これらの子ノードがセグメント化されたツリーのロジックによって存在する場合）。

コード

#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;
}

結果（ideone）

遅延評価テスト
test-> lower_value：1
test-> upper_value：10

ノードが伝播されません
test-> left_child：（nil）
test-> right_child：（nil）

アクセスで伝播されたノード：
access（test）-> left_child：0x948e020
access（test）-> right_child：0x948e038

ノードはアクセス権を持って伝播しましたが、サブチャイルドは次のようにはなりません。
access（test）-> left_child-> left_child：（nil）
access（test）-> left_child-> right_child：（nil）

サブチャイルドでアクセスを使用できます：
access（test-> left_child）-> left_child：0x948e050
access（test-> left_child）-> right_child：0x948e068

チェーンすることが可能です：
access（access（access（test）-> right_child）-> right_child）-> lower_value：9
access（access（access（test）-> right_child）-> right_child）-> upper_value：10

Answer 2

誰かが構造を使用せずに怠惰な伝播のさらに単純なコードを探している場合：

（コードは自明です）

/**
 * 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]
}

詳細については、このリンクを参照してくださいセグメントツリーと遅延伝播

Answer 3

私はまだうまく解決していませんが、この問題は私たちが思っているよりもはるかに簡単だと思います。おそらくセグメントツリー/インターバルツリーを使用する必要はありません...実際、私は両方の実装方法を試しましたSegment Tree。1つはツリー構造を使用し、もう1つは配列を使用します。どちらのソリューションもTLEをすばやく取得しました。グリーディを使ってできると思いますが、まだわかりません。とにかく、セグメントツリーを使用して物事がどのように行われるかを確認したい場合は、私のソリューションを自由に調べてください。max_tree[1]とmin_tree[1]はに対応していることに注意してください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;
}

Answer 4

セグメントツリーを怠惰にすることに利点はないようです。最終的には、最小値と最大値を取得するために、各単位勾配セグメントの端を確認する必要があります。ですから、熱心にそれらを拡張したほうがよいでしょう。

むしろ、標準のセグメントツリー定義を変更するだけです。ツリーの間隔にはそれぞれ追加の整数がd格納されるため、を記述します[d; lo,hi]。ツリーには次の操作があります。

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]

初期化した後、2つの分割操作でdサブインターバルへの追加を処理します。[lo,hi]

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

ここでの考え方はd、位置loと右側のすべてに加算し、右側のすべてを減算することhi+1です。

ツリーが構築された後、葉を左から右に1回通過すると、整数の単位勾配セグメントの端にある値を見つけることができます。最小値と最大値を計算するために必要なのはこれだけです。[d_i; lo_i,hi_i]より正式には、ツリーの葉の間隔がi=1..n左から右の順序である場合、実行中の差を計算し、D_i = sum{i=1..n} d_i次にL_i = lo_i + D_iとを計算しH_i = hi_i + D_iます。この例では、から始めて[0; 1,10]、d = -4の場合は4で、d =+4の場合は7で分割してを取得し[0; 1,2] [-4; 3,6] [4; 7,10]ます。次にL = [1,-1,7]、H = [2, 2, 10]。したがって、最小値は-1、最大値は10です。これは簡単な例ですが、一般的には機能します。

実行時間はO（min（k log N、k ^ 2））になります。ここで、Nは最大初期範囲値（例では10）であり、kは適用された操作の数です。k ^ 2の場合は、分割の順序が非常に悪い場合に発生します。操作のリストをランダム化すると、予想される時間はO（k min（log N、log k））になります。

興味があれば、これをコーディングできます。でも興味がなければ私はしません。

Answer 5

こちらがリンクです。遅延伝播を伴うセグメントツリーの実装と説明があります。コードはJavaですが、「update」と「query」の2つの関数しかなく、どちらも配列ベースであるため、問題にはなりません。したがって、これらの関数はCおよびC++でも変更なしで機能します。

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