区间树和线段树区别—区间树与线段树:数据结构对比与应用区分

1. 定义区间树是一种支持区间查询和区间更新的数据结构,它将一维区间存储在树中,使得可以在 O(log n) 时间内查询或更新一个区间。线段树也是一种支持区间查询和区间更新的数据结构,但它将一维区间...

1. 定义

区间树和线段树区别—区间树与线段树:数据结构对比与应用区分

区间树是一种支持区间查询和区间更新的数据结构,它将一维区间存储在树中,使得可以在 O(log n) 时间内查询或更新一个区间。

线段树也是一种支持区间查询和区间更新的数据结构,但它将一维区间或更高维度的空间划分为小的子区间,并以树状结构存储。

2. 数据存储

区间树以节点存储区间,每个节点通常包含区间 [l, r]、区间中元素的最大值或最小值、该区间左右子区间的指针。

线段树以节点存储子区间,每个节点通常包含子区间 [l, r]、该子区间所有元素的和或其他统计信息、该区间左右子区间的指针。

3. 区间查询

区间树支持在 O(log n) 时间内查询区间 [x, y] 的最大值或最小值。它从根节点开始,根据 [x, y] 与当前节点区间的重叠情况递归遍历子区间。

线段树同样支持在 O(log n) 时间内查询区间 [x, y] 的和或其他统计信息。它从根节点开始,根据 [x, y] 与当前节点子区间的重叠情况递归遍历子区间。

4. 区间更新

区间树可以在 O(log n) 时间内更新区间 [x, y] 中所有元素。它从根节点开始,根据 [x, y] 与当前节点区间的重叠情况递归更新子区间。

线段树也可以在 O(log n) 时间内更新区间 [x, y] 中所有元素。它从根节点开始,根据 [x, y] 与当前节点子区间的重叠情况递归更新子区间。

5. 惰性传播

惰性传播是一种优化技术,用于减少区间更新的开销。

区间树中,惰性传播将更新操作推迟到查询操作发生时。这样,对于连续的更新,可以减少更新的次数,从而提高效率。

线段树中,惰性传播用于处理延迟更新,例如区间加法。它将更新操作存储在节点中,并在后续查询或更新时才应用它们。

6. 内存消耗

区间树的内存消耗与区间的数量成正比,即 O(n),其中 n 是区间树中区间的数量。

线段树的内存消耗与输入空间的大小成正比,对于一维线段树,它是 O(n),对于二维线段树,它是 O(n^2),对于三维线段树,它是 O(n^3),其中 n 是对应维度的长度。

7. 适用场景

区间树通常用于处理稀疏区间集,即区间数量远少于输入空间大小的情况。它适用于查找和更新特定区间的值。

线段树适用于处理密集区间集,即区间数量与输入空间大小相近的情况。它适用于统计和修改整个或部分输入空间中的元素。

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