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2020-2021:teams:no_morning_training:shaco:知识点:基础:前缀和

这是本文档旧的修订版!


前缀和

一些情况下,对数组的子区间和进行多次询问,遍历是一个费时的行为,前缀和在这里就很有用。

多维前缀和


在一个二维数组中要求一个方形区域的和。这里同样可以运用前缀和。
例如这张图,求绿色部分,就可以用整个减去横侧和纵侧的条,再加上被减两次的块。
三维数组中同理,只是算式略不同。就是容斥定理的应用。
但是随着维度t变高,计算前缀和的容斥的复杂度是$2^t$,总复杂度达到了O($n^t\times2^t$)。

以三维为例:

for(int i=1;i<=n;i++)
    for(int j=1;j<=m;j++)
        for(int k=1;k<=p;k++)
            b[i][j][k]=b[i-1][j][k]+b[i][j-1][k]+b[i][j][k-1]
                 -b[i-1][j-1][k]-b[i-1][j][k-1]-b[i][j-1][j-1]
                     +b[i-1][j-1][k-1]+a[i][j][k];

我们其实有个更好的办法

for(int i=1;i<=n;i++)
    for(int j=1;j<=m;j++)
        for(int k=1;k<=p;k++)
        a[i][j][k]+=a[i-1][j][k];
for(int i=1;i<=n;i++)
    for(int j=1;j<=m;j++)
        for(int k=1;k<=p;k++)
        a[i][j][k]+=a[i][j-1][k];
for(int i=1;i<=n;i++)
    for(int j=1;j<=m;j++)
        for(int k=1;k<=p;k++)
        a[i][j][k]+=a[i][j][k-1];

\[a_1[i][j][k]=\sum_{l=1}^k a[l][j][k]\quad a_2[i][j][k]=\sum_{l=1}^j a_1[i][l][k]\quad a_3[i][j][k]=\sum_{l=1}^i a[i][j][l]\] a3数组即为所求,更高维度同理
就是说按维每一维加一遍。这样做可以将复杂度降至O($n^t\times t$)。维数较高的情况下会节省一些时间。

例子

1.

数字列表项目给定一个$n\times n$的矩阵,找一个最大的子矩阵,使得这个子矩阵里面的元素和最大。

最朴素的想法是枚举左下角、右上角并在内部枚举每个元素,复杂度O($n^6$),利用前缀和降至O($n^4$)。
好一点的想法是枚举上下边,中间的矩阵就成了一维数列,变成求最大区间和的问题,达到O($n^3$)。

2.

输入一个长度为n的数组a[i],下标从0开始(0到n-1)。保证n是2的整数次幂,对于每个i($0\le i<n$)求所有满足i&j=j的a[j]之和。$n\le2^{20}$。

例如n=$2^{10}$,就可以将每一个i根据2进制形式视作具有10维,所求即为其前缀和。利用上面所说的方法容易实现。

这个题是付费题目所以….还是贴一下链接 ouo

代码


总结

一个基础技巧。

参考

2020-2021/teams/no_morning_training/shaco/知识点/基础/前缀和.1589542160.txt.gz · 最后更改: 2020/05/15 19:29 由 shaco