题目:
题解:
cpp
#define FATHER_NODE(i) (0 == (i) ? -1 : ((i) - 1 >> 1))
#define LEFT_NODE(i) (((i) << 1) + 1)
#define RIGHT_NODE(i) (((i) << 1) + 2)
/* 优先队列(小根堆)。 */
typedef struct
{
int *arr;
int arrSize;
}
PriorityQueue;
/* 二进制树(01字典树)。 */
typedef struct
{
int *arr;
int highestBit;
}
BinaryTree;
/* 几个自定义函数的声明,具体实现见下。 */
static void queuePush(PriorityQueue *queue, long long *prefix, int x);
static void queuePop(PriorityQueue *queue, long long *prefix);
static int treeHighestBit(int mostVal);
static void treePush(BinaryTree *tree, int x);
static void treePop(BinaryTree *tree, int x);
static int treeSmaller(BinaryTree *tree, int x);
/* 主函数:
treeSize: 二进制树的数组空间大小,等于里面最大值的3倍,具体证明略,大致就是等比数列求和的结果。
prefix[]: 其中prefix[x]表示[0, x]范围内子数组的前缀和。这里必须以long long类型存储。
window[]: 里面存储prefix[]数组的下标,即prefix[window[x]]才真正表示一个前缀和。
buff1[],buff2[]: 优先队列与二进制树各自使用的数组空间。其中buff2[]必须初始化为全0。
queue: 优先队列(小根堆),为了不打乱prefix[]数组中的数值顺序,而且window[]数组中实际存放的是下标,所以借用堆排序。
tree: 二进制树(01字典树)。 */
int countRangeSum(int *nums, int numsSize, int lower, int upper)
{
const int treeSize = numsSize * 3;
int x = 0, y = 0, z = 0, t = 0, result = 0;
long long sum = 0;
long long prefix[numsSize];
int window[numsSize], buff1[numsSize], buff2[treeSize];
PriorityQueue queue;
BinaryTree tree;
/* 初始化。 */
queue.arr = buff1;
queue.arrSize = 0;
memset(buff2, 0, sizeof(buff2));
tree.arr = buff2;
tree.highestBit = treeHighestBit(numsSize - 1);
/* 计算前缀和,并将前缀和的下标放到一个小根堆里面,小根堆里面以对应的前缀和为优先级。 */
for(x = 0; numsSize > x; x++)
{
sum += nums[x];
prefix[x] = sum;
queuePush(&queue, prefix, x);
/* 如果[0, x]的子数组和本来就在[lower, upper]之间,计数累计。 */
if((long long)lower <= sum && (long long)upper >= sum)
{
result++;
}
}
/* 将前缀和数组的下标,以对应的prefix值从小到大的顺序,放到window数组中。 */
while(0 < queue.arrSize)
{
window[t] = queue.arr[0];
t++;
queuePop(&queue, prefix);
}
/* 开始以滑动窗口的形式移动窗口的左右指针。 */
for(x = 0; numsSize > x; x++)
{
/* 将所有prefix[window[x]] - prefix[window[y]] >= lower的下标y都加入。 */
while(numsSize > y && prefix[window[x]] - lower >= prefix[window[y]])
{
treePush(&tree, window[y]);
y++;
}
/* 将所有prefix[window[x]] - prefix[window[z]] > upper的下标z都移除。 */
while(numsSize > z && prefix[window[x]] - upper > prefix[window[z]])
{
treePop(&tree, window[z]);
z++;
}
/* 将窗口内(树内)剩余的下标值中,小于window[x]的数量加到结果中。 */
t = treeSmaller(&tree, window[x]);
result += t;
}
return result;
}
/* 小根堆的push操作。由于堆中存储的是prefix[]数组的下标,所以入参需带上prefix。 */
static void queuePush(PriorityQueue *queue, long long *prefix, int x)
{
int son = queue->arrSize, father = FATHER_NODE(son);
/* 新加入数值之后,数量加一。 */
queue->arrSize++;
/* 根据对应prefix[]值的大小关系,调整父子节点的位置。 */
while(-1 != father && prefix[x] < prefix[queue->arr[father]])
{
queue->arr[son] = queue->arr[father];
son = father;
father = FATHER_NODE(son);
}
/* 放到实际满足父子节点大小关系的位置。 */
queue->arr[son] = x;
return;
}
/* 小根堆的pop操作。由于堆中存储的是prefix[]数组的下标,所以入参需带上prefix。 */
static void queuePop(PriorityQueue *queue, long long *prefix)
{
int father = 0, left = LEFT_NODE(father), right = RIGHT_NODE(father), son = 0;
/* 堆顶pop之后,数量减一。默认将堆尾的数值补充上来填补空位。 */
queue->arrSize--;
/* 根据对应prefix[]值的大小关系,调整父子节点的位置。 */
while((queue->arrSize > left && prefix[queue->arr[queue->arrSize]] > prefix[queue->arr[left]])
|| (queue->arrSize > right && prefix[queue->arr[queue->arrSize]] > prefix[queue->arr[right]]))
{
son = (queue->arrSize > right && prefix[queue->arr[left]] > prefix[queue->arr[right]]) ? right : left;
queue->arr[father] = queue->arr[son];
father = son;
left = LEFT_NODE(father);
right = RIGHT_NODE(father);
}
/* 放到实际满足父子节点大小关系的位置。 */
queue->arr[father] = queue->arr[queue->arrSize];
return;
}
/* 计算二进制树中,可能出现的最大的数值,所占据的最高二进制比特。
比如,最大值的二进制是101100(b),那么返回的最高比特是100000(b)。特殊的,最大是0的时候返回1(b)。 */
static int treeHighestBit(int mostVal)
{
int x = 1;
if(0 < mostVal)
{
while(0 < mostVal)
{
x++;
mostVal = mostVal >> 1;
}
x = 1 << x - 2;
}
return x;
}
/* 往二进制树中push一个数值。 */
static void treePush(BinaryTree *tree, int x)
{
int i = 0, bit = tree->highestBit;
/* 从最高位到最低位的顺序,该位为1就给右分支加1,为0就给左分支加1。 */
while(0 < bit)
{
i = (bit & x) ? RIGHT_NODE(i) : LEFT_NODE(i);
tree->arr[i]++;
bit = bit >> 1;
}
return;
}
/* 从二进制树中pop一个数值。 */
static void treePop(BinaryTree *tree, int x)
{
int i = 0, bit = tree->highestBit;
/* 从最高位到最低位的顺序,该位为1就给右分支减1,为0就给左分支减1。 */
while(0 < bit)
{
i = (bit & x) ? RIGHT_NODE(i) : LEFT_NODE(i);
tree->arr[i]--;
bit = bit >> 1;
}
return;
}
/* 在二进制树中查找比输入数值小的数值数量。 */
static int treeSmaller(BinaryTree *tree, int x)
{
int i = 0, bit = tree->highestBit, result = 0;
/* 从高位到低位的顺序查看。 */
while(0 < bit)
{
/* 该位为1,则肯定比高位相同,该位为0的数值更大,即把左分支的数量加到结果中。 */
if(bit & x)
{
result += tree->arr[LEFT_NODE(i)];
i = RIGHT_NODE(i);
}
/* 该位为0,就往左分支走,不做任何其它处理。 */
else
{
i = LEFT_NODE(i);
}
bit = bit >> 1;
}
return result;
}