Java 数据结构中怎么用树状数组(Binary Indexed Tree)快速求区间和

大丽大大_7372

大丽大大_7372

2026-07-30

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原创

树状数组(bit)是高效支持单点修改与区间求和的数据结构,时间复杂度均为o(log n),核心基于lowbit(i)=i&(-i)维护前缀和区间;初始化用add构建,单点加和前缀查询均按lowbit跳转,推荐1-based实现,适用于逆序对、动态排名等场景。

java 数据结构中怎么用树状数组(binary indexed tree)快速求区间和

树状数组(Binary Indexed Tree,BIT),也叫芬威克树(Fenwick Tree),是一种高效支持单点修改 + 区间求和的数据结构,时间复杂度均为 O(log n),比线段树更简洁、常数更小,适合纯前缀和类问题。

核心思想:利用二进制低位(lowbit)组织前缀和

每个下标 i 在 BIT 中维护一段区间和:从 i − lowbit(i) + 1 到 i 的元素和。其中 lowbit(i) = i & (−i)(即 i 的二进制表示中最右边的 1 所代表的值)。
比如:
 • i = 6(二进制 110),lowbit(6) = 2 → tree[6] 存储 a[5..6] 的和;
 • i = 8(1000),lowbit(8) = 8 → tree[8] 存储 a[1..8] 的和。

三个关键操作怎么写

初始化(build):从空数组开始,对每个位置 i 调用 add(i, a[i])。
单点加(add):给位置 i 加 delta,然后不断更新所有覆盖 i 的父节点(i += lowbit(i))。

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  • public static int lowbit(int x) { return x & (-x); }
  • public void add(int i, int delta) { while (i

前缀和查询(query):从 i 开始,不断累加 tree[i],再跳到 i − lowbit(i),直到 i = 0。

  • public int query(int i) { int s = 0; while (i > 0) { s += tree[i]; i -= lowbit(i); } return s; }
  • 区间 [l, r] 和 = query(r) − query(l−1),注意下标通常从 1 开始(避免 lowbit(0) 问题)

Java 实现要点与常见坑

BIT 一般用 1-based 数组(tree[1..n]),避免下标 0 带来的逻辑混乱。
数组大小要开 n+1(tree = new int[n+1])。
修改和查询都必须严格按 lowbit 规则跳转,不能直接遍历。

  • 如果原数组下标从 0 开始(如 a[0..n−1]),读入时统一偏移:add(i+1, a[i])
  • 多次修改后记得每次 add 都影响后续 query,无需 rebuild
  • 不支持区间修改(如 [l,r] 都加 v)——那是线段树或带差分的 BIT 变种的场景

什么时候该选 BIT 而不是线段树?

当你只需要单点更新 + 区间求和/最大值(需额外设计),且不涉及复杂合并(如区间赋值、历史最值等),BIT 更轻量、易写、不易错。
典型场景:逆序对计数、动态前缀和、带修的排名查询。

  • 求逆序对:离散化后,从右往左插入并 query(当前值−1),累计小于它的已插元素个数
  • 在线弹幕计数、实时点赞统计等高频单点更新 + 范围汇总场景

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