前缀和主要适用的场景是原始数组不会被修改的情况下,频繁查询某个区间的累加和

prefix[i]就代表着nums[0..i-1]所有元素的累加和,如果我们想求区间nums[i..j]的累加和,只要计算prefix[j+1] - prefix[i]即可,而不需要遍历整个区间求和。

「差分数组」

差分数组的主要适用场景是频繁对原始数组的某个区间的元素进行增减

nums数组构造一个diff差分数组,diff[i]就是nums[i]nums[i-1]之差

int[] diff = new int[nums.length];
// 构造差分数组
diff[0] = nums[0];
for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
    diff[i] = nums[i] - nums[i - 1];
}

通过这个diff差分数组是可以反推出原始数组nums的,代码逻辑如下:

int[] res = new int[diff.length];
// 根据差分数组构造结果数组
res[0] = diff[0];
for (int i = 1; i < diff.length; i++) {
    res[i] = res[i - 1] + diff[i];
}

这样构造差分数组diff,就可以快速进行区间增减的操作,如果你想对区间nums[i..j]的元素全部加 3,那么只需要让diff[i] += 3,然后再让diff[j+1] -= 3即可

原理很简单,回想diff数组反推nums数组的过程,diff[i] += 3意味着给nums[i..]所有的元素都加了 3,然后diff[j+1] -= 3又意味着对于nums[j+1..]所有元素再减 3,那综合起来,就是对nums[i..j]中的所有元素都加 3 了

只要花费 O(1) 的时间修改diff数组,就相当于给nums的整个区间做了修改。多次修改diff,然后通过diff数组反推,即可得到nums修改后的结果。

现在我们把差分数组抽象成一个类,包含increment方法和result方法:

class Difference {
    // 差分数组
    private int[] diff;

    public Difference(int[] nums) {
        assert nums.length > 0;
        diff = new int[nums.length];
        // 构造差分数组
        diff[0] = nums[0];
        for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
            diff[i] = nums[i] - nums[i - 1];
        }
    }

    /* 给闭区间 [i,j] 增加 val(可以是负数)*/
    public void increment(int i, int j, int val) {
        diff[i] += val;
        if (j + 1 < diff.length) {
            diff[j + 1] -= val;
        }
    }

    public int[] result() {
        int[] res = new int[diff.length];
        // 根据差分数组构造结果数组
        res[0] = diff[0];
        for (int i = 1; i < diff.length; i++) {
            res[i] = res[i - 1] + diff[i];
        }
        return res;
    }
}

这里注意一下increment方法中的 if 语句:

public void increment(int i, int j, int val) {
    diff[i] += val;
    if (j + 1 < diff.length) {
        diff[j + 1] -= val;
    }
}

j+1 >= diff.length时,说明是对nums[i]及以后的整个数组都进行修改,那么就不需要再给diff数组减val了。

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