关于二维/多维前缀和

二维/多维前缀和

将一维前缀和拓展到多维的情形,就是多维前缀和.常见的多维前缀和的求解方法有两种.

基于容斥原理

这种方法多用于二维前缀和的情形.给定大小为 𝑚 ×𝑛 的二维数组 𝐴,要求出其前缀和 𝑆.那么,𝑆 同样是大小为 𝑚 ×𝑛 的二维数组,且

𝑆𝑖,𝑗=∑𝑖′≤𝑖∑𝑗′≤𝑗𝐴𝑖′,𝑗′.

类比一维的情形,𝑆𝑖,𝑗 应该可以基于 𝑆𝑖−1,𝑗 或 𝑆𝑖,𝑗−1 计算,从而避免重复计算前面若干项的和.但是,如果直接将 𝑆𝑖−1,𝑗 和 𝑆𝑖,𝑗−1 相加,再加上 𝐴𝑖,𝑗,会导致重复计算 𝑆𝑖−1,𝑗−1 这一重叠部分的前缀和,所以还需要再将这部分减掉.这就是容斥原理.由此得到如下递推关系:

𝑆𝑖,𝑗=𝐴𝑖,𝑗+𝑆𝑖−1,𝑗+𝑆𝑖,𝑗−1−𝑆𝑖−1,𝑗−1.

实现时,直接遍历 (𝑖,𝑗) 求和即可.

同样的道理,在已经预处理出二维前缀和后,要查询左上角为 (𝑖1,𝑗1)、右下角为 (𝑖2,𝑗2) 的子矩阵的和,可以计算

𝑆𝑖2,𝑗2−𝑆𝑖1−1,𝑗2−𝑆𝑖2,𝑗1−1+𝑆𝑖1−1,𝑗1−1.

这可以在 𝑂(1) 时间内完成.

在二维的情形,以上算法的时间复杂度可以简单认为是 𝑂(𝑚𝑛),即与给定数组的大小成线性关系.但是,当维度 𝑘 增大时,由于容斥原理涉及的项数以指数级的速度增长,时间复杂度会成为 𝑂(2𝑘𝑁),其中 𝑘 是数组维度,而 𝑁 是给定数组大小.因此,该算法不再适用.

给定数组大小.因此,该算法不再适用.

详见前缀和 & 差分 - OI Wiki

相关推荐
来一碗刘肉面1 小时前
顺序表的按值查找
数据结构·c++·算法
zzz_23682 小时前
【Java实习面试算法冲刺】图论
java·算法·面试
大鱼>2 小时前
宠物监控数据安全与隐私保护:端到端加密与合规实践
人工智能·深度学习·算法·iot·宠物
被自己蠢哭2 小时前
BFS广度优先搜索问题:#P00496. 华为od机试—自动泊车
算法
:-)2 小时前
分支限界算法
算法
大鱼>3 小时前
宠物行为识别AI算法详解:从数据采集到模型部署的完整方案
人工智能·深度学习·算法·宠物
王莎莎-MinerU3 小时前
解析回归集:RAG 和 Agent 上线前,先把表格、公式、版面测清楚
人工智能·算法·数据挖掘·回归·pdf·ocr
KaMeidebaby3 小时前
卡梅德生物技术快报|兔单克隆抗体:噬菌体 Fab 免疫文库搭建实操:兔单克隆抗体重组构建完整参数
前端·网络·数据库·人工智能·算法
AndrewHZ3 小时前
【LLM技术全景】混合精度与分布式训练:训练大模型的工程奥秘
人工智能·分布式·深度学习·算法·ai·语言模型·llm