Sumy prefiksowe¶
Czasami bywa tak, że musimy policzyć sumę pewnego spójnego fragmentu tablicy, a nawet kilku. Jak to zrobić w sposób efektywny? Jeżeli zawartość tablicy nie będzie ulegała zmianom, to z pomocą przyjdą nam sumy prefiksowe.
Specyfikacja¶
Dane¶
- \(n\) — liczba naturalna, liczba elementów tablicy.
- \(A[1..n]\) — \(n-elementowa\) tablica liczb całkowitych, indeksowana od jedynki.
- \(m\) — liczba naturalna, liczba zapytań.
- \(P[1..m][1..2]\) - dwuwymiarowa tablica liczb naturalnych z zakresu \([1..n]\), zapytań o sumy przedziałów, gdzie \(P[i][1]\) to początek \(i\)-tego przedziału, a \(P[i][2]\) to jego koniec.
Wynik¶
- \(m\) liczb naturalnych, dla każdego zapytania \(i\) suma wartości pod indeksami od \(P[i][1]\) do \(P[i][2]\), tzn. \(A[P[i][1]] + A[P[i][1] + 1] + A[P[i][1] + 2] + ... + A[P[i][2]]\).
Przykład¶
Dane¶
Wynik¶
Info
Wyjaśnienie
- \(sum_1 = A[3] + A[4] + A[5] = 2 + 6 + 1 = 9\)
- \(sum_2 = A[6] + A[7] = 0 + 8 = 8\)
- \(sum_3 = A[1] = 4\)
Rozwiązanie naiwne¶
Rozwiązanie naiwne jest proste. Wystarczy dla każdego zapytania policzyć sumę przedziału przechodząc kolejno po elementach tablicy pod indeksami znajdującymi się w przedziale. Możemy to zrobić za pomocą zwykłej pętli iteracyjnej, dodając kolejne elementy tablicy do liczonej sumy.
Pseudokod¶
funkcja SumyPrzedzialow(n, A, m, P):
1. Od i := 1 do m, wykonuj:
2. suma := 0
3. Od j := P[i][1] do P[i][2], wykonuj:
4. suma := suma + A[j]
5. Wypisz suma
Schemat blokowy¶
%%{init: {"flowchart": {"curve": "linear"}, "theme": "neutral"} }%%
flowchart TD
START(["SumyPrzedzialow(n, A, m, P)"]) --> K0[i := 1]
K0 --> K1{i <= m}
K1 -- PRAWDA --> K2["suma := 0
j := P[i][1]"]
K2 --> K3{"j <= P[i][2]"}
K3 -- PRAWDA --> K4["suma := suma + A[j]"]
K4 --> K3i[j := j + 1]
K3i --> K3
K3 -- FAŁSZ --> K5[/Wypisz suma/]
K5 --> K1i[i := i + 1]
K1i --> K1
K1 -- FAŁSZ --> STOP([STOP])Rozwiązanie optymalne¶
Innym sposobem jest przygotowanie sobie tablicy pomocniczej, która posłuży nam do szybkiego obliczania sumy zadanego przedziału. Pytanie brzmi, jak taka tablica powinna wyglądać? Najpierw przyjmijmy prostszą wersję problemu: będziemy podawać sumy jedynie dla przedziałów, które zaczynają się od początku tablicy. Przy takim założeniu, możemy łatwo przygotować tablicę pomocniczą. Wystarczy, że będziemy sumować kolejne elementy od lewej do prawej. W ten sposób, na i-tej pozycji naszej pomocniczej tablicy będzie znajdowała się suma elementów od pierwszego do i-tego.
Czy możemy jednak skorzystać z takiej tablicy, by obliczyć sumę dowolnego przedziału? Okazuje się, że tak. To jednak pozostawmy jako ćwiczenie.
Pseudokod¶
funkcja SumyPrzedzialow(n, A, m, P):
1. pref := [0..n]
2. pref[0] := 0
3. Od i := 1 do n, wykonuj:
4. pref[i] := pref[i - 1] + A[i]
5. Od i := 1 do m, wykonuj:
6. suma := pref[P[i][2]] - pref[P[i][1] - 1]
7. Wypisz suma
Schemat blokowy¶
%%{init: {"flowchart": {"curve": "linear"}, "theme": "neutral"} }%%
flowchart TD
START(["SumyPrzedzialow(n, A, m, P)"]) --> K1["pref := [0..n]
pref[0] := 0"]
K1 --> K3{i <= n}
K3 -- PRAWDA --> K4["pref[i] := pref[i - 1] + A[i]"]
K4 --> K3i[i := i + 1]
K3i --> K3
K3 -- FAŁSZ --> K5p[i := 1]
K5p --> K5{i <= m}
K5 -- PRAWDA --> K6["suma := pref[P[i][2]] - pref[P[i][1] - 1]"]
K6 --> K7[/Wypisz suma/]
K7 --> K5i[i := i + 1]
K5i --> K5
K5 -- FAŁSZ ----> STOP([STOP])