线段树 算法

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基础知识

线段树和树状数组都只是一个工具来的,题目并不会一下子就告诉你这个题目用到线段树和树状数组,这个取决于你想使用的数据结构以及所要优化的方向

线段树和树状数组(也称为二叉索引树)是两种常用的数据结构,主要用于处理数组的区间查询和更新操作。它们的主要区别如下:

适用场景

  • 线段树 :
    • 适用于需要复杂区间操作的场景,如区间最大值、区间最小值、区间更新等。
    • 适合动态性较强的问题。
python 复制代码
# 点的更新
class Tree:
    
    def __init__(self,n):
        self.st = [0]*(4*n)
    
    def update(self,o,l,r,index,val):
        # l,r 是当前区间的范围,index 是要插入的数据的索引
        if l==r:
            self.st[o] = val
            return 
        mid = (l+r)//2
        if index<=mid:
            self.update(2*o,l,mid,index,val)
        else:
            self.update(2*o+1,mid+1,r,index,val)
        self.st[o] = max(self.st[2*o],self.st[2*o+1])
    
    def query(self,o,l,r,L,R):
        if l >= L and r <= R:
            return self.st[o]
        mid = (l+r)//2
        res = 0
        if L<=mid:
            res = max(res,self.query(2*o,l,mid,L,R))
        if R > mid:
            res = max(res,self.query(2*o+1,mid+1,r,L,R))
        return res
  • 树状数组 :
    • 适用于简单的前缀和查询和单点更新问题。
    • 适合静态或半静态问题,且代码实现更简洁。

小结

特性 线段树 树状数组
结构 二叉树 基于数组的树形结构
功能 支持复杂区间操作 主要用于前缀和查询
时间复杂度 ( O ( log ⁡ n ) (O(\log n) (O(logn)) ( O ( log ⁡ n ) ) (O(\log n)) (O(logn))
空间复杂度 ( O ( 4 n ) (O(4n) (O(4n)) ( O ( n ) ) (O(n)) (O(n))
适用场景 动态区间操作 简单查询和更新

题目概述

2407.最长递增子序列 II

题目详解

300.最长递增子序列

这个题目是方便我们做下面的 最长递增子序列

思路分析:这个最长递增子序列,我们采用动态规划进行求解,
dp[i]的定义:以nums[i]为结尾的子序列的最长的长度

有递推公式:
d p i = m a x ( d p i , d p j + 1 ) dpi = max(dpi,dpj+1) dpi=max(dpi,dpj+1),当我们遍历前 i − 1 i-1 i−1个元素,当满足 n u m s j < = n u m s i numsj<=numsi numsj<=numsi的时候更新
时间复杂度分析:是o(n^2)

2407.最长递增子序列 II


思路分析:这个题目首先想到可以使用动态规划,但是如果内层的的判断i之前的满足的情况的时候还是使用暴力进行求解的话,就会出现超时的情况,所以我们就得考虑使用线段树,线段树对于求解区间的最值的时间复杂度只有o(logn)

python 复制代码
class Solution:
    def lengthOfLIS(self, nums: List[int], k: int) -> int:
        ans = 1
        
        # dp[i][j] 表示前i个元素中,以值j结尾的长度的子序列长度的最大值
        # 注意,这里的j是值域
        tr = Tree(100005)
        # 这个求解的是外层循环i
        for va in nums:
            if va != 1:
            	# 确保这个zuo没有超过范围
                zuo = max(1,va-k)
                you = va-1
                # 1为根节点
                # 这个是求解的内层循环j
                pre = tr.query(1,1,100000,zuo,you)
                now = pre+1
                ans = max(ans,now)
                tr.update(1,1,100000,va,now)
            else:
                tr.update(1,1,100000,1,1)
        return ans

# 线段树模版
class Tree:

    def __init__(self,n):
        self.t = [0] * (n*4)
    def update(self,o,l,r,index,va):
        if l==r:
            self.t[o] = va
            return 
        m = (l+r) //2
        if index<=m:
            self.update(o*2,l,m,index,va)
        else:
            self.update(o*2+1,m+1,r,index,va)
        self.t[o] = max(self.t[o*2],self.t[o*2+1])

    def query(self,o,l,r,L,R):
        if l>=L and r<= R:
            return self.t[o]
        m = (l+r) // 2
        res = 0
        if m >= L:
            res = max(res,self.query(o*2,l,m,L,R))
        if R>m:
            res = max(res,self.query(o*2+1,m+1,r,L,R))
        return res
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