应用:

  区间染色

  区间查询

线段树不是完全二叉树,线段树是平衡二叉树

使用数组来实现线段树:存储空间为4n

以下是使用数组实现的静态线段树:

  1. public class SegmentTree<E> {
  2.  
  3. private E[] tree;
  4. private E[] data;
  5. private Merger<E> merger;
  6.  
  7. public SegmentTree(E[] arr, Merger<E> merger) {
  8. this.merger = merger;
  9. data = (E[]) new Object[arr.length];
  10. for(int i = 0 ; i < arr.length ; i ++) {
  11. data[i] = arr[i];
  12. }
  13.  
  14. tree = (E[]) new Object[4 * arr.length];
  15. buildSegmentTree(0, 0, data.length - 1);
  16. }
  17. //在tree Index的位置创建表示区间[l ... r]的线段树
  18. private void buildSegmentTree(int treeIndex, int l, int r) {
  19.  
  20. if(l == r) {
  21. tree[treeIndex] = data[l];
  22. return;
  23. }
  24.  
  25. int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
  26. int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
  27. int mid = l + (r - l) / 2;
  28. buildSegmentTree(leftTreeIndex, l, mid);
  29. buildSegmentTree(rightTreeIndex, mid + 1, r);
  30.  
  31. //根据业务组合线段树
  32. tree[treeIndex] = merger.merge(tree[leftTreeIndex], tree[rightTreeIndex]);
  33. }
  34.  
  35. public E get(int index) {
  36. if(index < 0 || index >= data.length) {
  37. throw new IllegalArgumentException("Index is illegal.");
  38. }
  39. return data[index];
  40. }
  41.  
  42. public int getSize() {
  43. return data.length;
  44. }
  45.  
  46. private int leftChild(int index) {
  47. return 2*index + 1;
  48. }
  49.  
  50. private int rightChild(int index) {
  51. return 2*index + 2;
  52. }
  53.  
  54. public E query(int queryL, int queryR) {
  55. if(queryL < 0 || queryL >= data.length || queryR < queryL){
  56. throw new IllegalArgumentException("Index is illegal.");
  57. }
  58. return query(0, 0, data.length -1, queryL, queryR);
  59. }
  60. //查询线段树
  61. //在以treeID为根的线段树中[l...r]的范围里,搜索区间[queryL...queryR]的值
  62. private E query(int treeIndex, int l, int r, int queryL, int queryR) {
  63. if(l == queryL && r == queryR) {
  64. return tree[treeIndex];
  65. }
  66.  
  67. int mid = l + (r-l)/2;
  68. int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
  69. int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
  70.  
  71. if(queryL >= mid +1) {
  72. return query(rightTreeIndex, mid + 1, r, queryL, queryR);
  73. }else if(queryR <= mid) {
  74. return query(leftTreeIndex, l, mid, queryL, queryR);
  75. }else {
  76. //这种情况下产生了两段线段树,需要进行融合
  77. E leftResult = query(leftTreeIndex, l, mid, queryL, mid);
  78. E rightResult = query(rightTreeIndex, mid + 1, r, mid + 1, queryR);
  79. return merger.merge(leftResult, rightResult);
  80. }
  81. }
  82. //将index位置的值更新为e
  83. public void set(int index, E e) {
  84. if(index < 0 || index >= data.length) {
  85. throw new IllegalArgumentException("Index is illegal");
  86. }
  87. data[index] = e;
  88. set(0,0, data.length - 1, index, e);
  89. }
  90.  
  91. private void set(int treeIndex, int l, int r, int index, E e) {
  92. if(l == r) {
  93. tree[treeIndex] = e;
  94. return;
  95. }
  96.  
  97. int mid = l + (r - l) / 2;
  98. int leftTreeIndex = leftChild(treeIndex);
  99. int rightTreeIndex = rightChild(treeIndex);
  100. if(index >= mid + 1) {
  101. set(rightTreeIndex, mid + 1, r, index, e);
  102. }else {
  103. set(leftTreeIndex, l, mid, index, e);
  104. }
  105.  
  106. tree[treeIndex] = merger.merge(tree[leftTreeIndex], tree[rightTreeIndex]);
  107. }
  108.  
  109. @Override
  110. public String toString() {
  111. StringBuilder res = new StringBuilder();
  112. res.append('[');
  113. for(int i = 0 ; i < tree.length ; i ++) {
  114. if(tree[i] != null) {
  115. res.append(tree[i]);
  116. }else {
  117. res.append("null");
  118. }
  119. if(i != tree.length - 1) {
  120. res.append(", ");
  121. }
  122. }
  123. res.append("]");
  124. return res.toString();
  125. }
  126.  
  127. }

对于一个区间的更新:

  懒惰更新:使用lazy数组记录未更新的内容,下一次访问时先访问lazy数组,若有内容,更新后再访问即可。

动态线段树:

  使用链表实现

  节省空间

  可以不均等划分区间,便于实际应用

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