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C++怎么实现差分数组_C++区间更新单点查询【优化】

陌静酱_4024

陌静酱_4024

发布时间:2026-03-02 15:27:36

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来源于php中文网

原创

差分数组通过预处理将区间加减优化为两个单点操作:初始化diff[0]=arr[0], diff[i]=arr[i]−arr[i−1](i>0);对[l,r]加val执行diff[l]+=val、若r+1<n则diff[r+1]−=val;还原时做前缀和。

c++怎么实现差分数组_c++区间更新单点查询【优化】

差分数组的 C++ 实现核心逻辑

差分数组不是新容器,而是对原数组做一次预处理:用 diff[i] 记录 arr[i] 和 arr[i-1] 的差值。这样区间加减就退化成两个单点操作——这是它能优化的关键。

常见错误是直接在 diff 上模拟原数组更新,比如以为 diff[l] += val; diff[r] -= val; 就完事了,却忘了 r 的边界含义(闭区间还是开区间)和前缀和还原时的索引偏移。

  • 初始化 diff[0] = arr[0],其余 diff[i] = arr[i] - arr[i-1](i > 0)
  • 对 [l, r] 区间加 val:执行 diff[l] += val;,若 r+1 < n 则 diff[r+1] -= val;
  • 还原原数组:从左到右做前缀和,arr[i] = diff[0] + ... + diff[i],不能跳着算

C++ 中 vector<int> 差分数组的标准写法

用 std::vector 最稳妥,避免手动内存管理出错;注意大小要设为 n+1,方便处理 r+1 越界问题(多开一位,diff[n] 永远不参与还原,只用来承接减法)。

别用 int diff[n] 这种变长数组(C++ 标准不支持),也别用 new int[n] 后忘记 delete[]——现代 C++ 就该交给 vector 管。

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  • vector<int> diff(n + 1, 0); —— 初始化全 0,安全
  • 更新操作:diff[l] += val;,if (r + 1 < n) diff[r + 1] -= val;
  • 还原时用 for (int i = 1; i < n; ++i) diff[i] += diff[i - 1];,此时 diff 就变成了原数组

区间更新后单点查询为什么快?

单点查询本质就是求前缀和:查位置 i,只需把 diff[0] 到 diff[i] 全加起来。但如果你只查一次,没必要还原整个数组;可以边累加边停,时间复杂度 O(i),最坏 O(n)。真正省时间的是「多次更新 + 多次单点查」场景。

容易踩的坑是误以为单点查一定是 O(1)——差分本身不提供 O(1) 单点查,它只是把 k 次区间更新的总代价从 O(k·n) 压到 O(k + n)。

  • 如果只有 1 次更新 + 1 次查询,差分反而多此一举
  • 如果更新频繁、查询稀疏,建议维护差分数组,查时再临时前缀和
  • 如果查询极频繁(比如每更新一次就查一堆点),不如每次更新后直接维护一个前缀和数组

边界细节:l 和 r 是 0-indexed 还是 1-indexed?

取决于你读入的题意或接口约定。LeetCode 和多数算法题默认 0-indexed;但有些 OJ 或旧题描述用 1-indexed,这时你得把输入的 l、r 全部减 1 再进差分逻辑,否则 diff[l] 就会错位。

更隐蔽的坑是:当题目说「对区间 [l, r] 加 val」,这个区间是否包含端点?绝大多数情况是闭区间,即 l 和 r 都要被影响——所以差分操作必须是 diff[l] += val 和 diff[r+1] -= val,不是 diff[r]。

  • 确认输入下标类型:打印一两个样例的 l、r 看是否从 0 或 1 开始
  • 统一在代码开头注释清楚:// l, r are 0-indexed, inclusive
  • 测试用例至少覆盖 l == 0、r == n-1、l == r 三种边界

差分数组真正的复杂点不在写法,而在“什么时候值得用”——它不解决所有区间问题,只对「大量区间加减 + 单点读取」这一特定模式有收益。很多人把它当成万能优化,结果在只需要一次查询的场景里徒增理解成本。

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