🧠一维与二维前缀和
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2023-4-11
2023-11-23
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前缀和

前缀和是一种常见的算法,用于快速计算数组中某一段区间的和。前缀和的思想就是预处理出数组中前缀和,然后用后缀和减去前缀和,即可快速计算区间和。
以一维数组为例,设 a_i 表示数组中第 i 个元素的值,sum_i 表示数组中前 i 个元素的和,即: sum_i = \sum_{j=1}^{i} a_j 则对于区间 [l, r] 的和可以表示为: \sum_{i=l}^{r} a_i = sum_r - sum_{l-1} 这里需要注意的是,我们需要在原数组的前面插入一个值为 0 的元素,这样才能计算出 sum_0,也就是前 0 个元素的和。 以下是一维前缀和的代码实现:

二维前缀和

对于二维数组,我们可以先对每一行进行一维前缀和,然后对每一列进行一维前缀和,即可得到二维前缀和数组。 设 a_{i,j} 表示二维数组中第 i 行第 j 列的元素值,sum_{i,j} 表示以 (i,j) 为右下角的矩阵的元素和,则有: sum_{i,j} = \sum_{k=1}^{i} \sum_{l=1}^{j} a_{k,l} 则对于矩阵 [x1,y1,x2,y2] 的元素和可以表示为: \sum_{i=x1}^{x2}\sum_{j=y1}^{y2} a_{i,j} = sum_{x2,y2} - sum_{x1-1,y2} - sum_{x2,y1-1} + sum_{x1-1,y1-1} 以下是二维前缀和的代码实现:

总结

前缀和是一种非常实用的算法,可以用于快速计算数组中某一段区间的和。在一维数组中,只需要预处理出前缀和数组即可;在二维数组中,需要先对每一行进行一维前缀和,然后再对每一列进行一维前缀和,得到二维前缀和数组。

3956. 截断数组

题目要求:把一个数组从中间分开两份,使得这个数组被分成三份,其中每一份都是非空的,而且要求每一份的元素的和都相等。
例:
从下标为2的地方分第一份,下标为3的地方分第二份,因此可以分成如下的三段序列:
其中每一段的和都是相等的,为3。
每一段必须是非空的,如果:
则无解,因为这个序列无法分成三份,因此输出 0
同理,如果分不出三份,使得每一份的和都相等,则也输出0
我们需要得到的是分割的方案数。

一维前缀和的思想:我们统计这个序列的前缀和,以 1 2 3 3为例:
原数组为 nums[4]={1,2,3,3} ;前缀和数组为:presum[4]={1,3,6,9}
因此我们可以发现:如果数组的总和不能被3整除,则它一定不能分成三份,此时直接输出0即可。
如果数组的总和能够被3整除,则还不一定存在方案,例如:3 3,但是它只有两份。
我们可以得出另一个结论,如果数组总和能够被3整除,并且还必须需要分成三份。
因此我们可以计算出 avg=总和的三分之一,则我们必须满足两个临界点:
  1. 找到一个满足 avg*2 的地方,如果找到了这个地方为i, 则后面 i到n 的和一定是avg。
  1. 找到一个满足 avg 的地方,如果找到了这个地方,则我们统计满足这个地方的方案数。
最后如果在 avg*2 的地方加上 avg*1 的方案数,则就是整个数组分成三份的合法方案数,因为后面的avg*3的地方就是整个数组的和,找到了这两个地方就可以确定整个数组一定是合法的。


99. 激光炸弹

题目要求:给你一个矩形区域,这个矩形区域上有几个点,每个点都具有一个值,并且给你一个R,使你在这个矩阵中所有的R*R的正方形中找到具有的值最大的一个正方形的总价值。
这道题就是二维前缀和的应用。
假设我的初始矩阵区域如图所示:
则转换为二维前缀和矩阵:
如果此时R为1,则表面上我们可以取得 2为最大值,但是其实我们的二维前缀和应该这样计算:
val=2-1-1+1=1,则答案为1,根据原二维数组我们也可知,答案为1

因此我们只需要预处理出二维数组的前缀和即可,然后根据所给的R,找到一个最大的区域,使得值最大,统计最大值即可。
需要注意的几个地方:
  1. 可能会出现相同的位置具有多个值,则把他们的值相加即可
  1. 由于没有告诉这个矩形范围是多大,因此每次我们直接枚举到题目要求的极大值即可,即5e3左右
  1. 从可以容纳的最小的 R*R的正方形范围开始,统计每一个R*R的值,然后统计最大值。

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