O(log(n)) Range Queries on (modified) Fenwick Tree Without Inverse OperationA Stupid Data Structure That Does O(log(n)) Range Queries
Difference between en1 and en2, changed 3,085 character(s)
This blog came about because of some pretty random events.↵

- A while back [user:ponysalvaje,2023-10-16] explained me how
LDR: just take [this blog of mine](https://mirror.codeforces.com/blog/entry/121381) and sprinkle some [canonical skew-binary numbers](https://mirror.codeforces.com/blog/entry/74847) and boom, you have a stupid version of the Fenwick Ttree works and some cool tricks you can do with it.↵

- Some time later, I saw [this blog](https://mirror.codeforces.com/blog/entry/74847). As soon as I read the first paragraph, I stopped and tried to invent such a data structure myself. I thought of storing jumps of distance $LSB(depth_u)$. This works, but the ancestor queries are actually $O(\log(N)^{2})$ in the worst case. Adding new leaf requir
that is asymptotically faster that the Fenwick tree on an obscure operation.↵

## The idea↵

I explained on [my previous blog](https://mirror.codeforces.com/blog/entry/121381) that we can think of the Fenwick tree as a set of intervals, and that we can use those intervals to answer any range query in $O(\log(N)^{2})$. But there is no real reason to use exactly the same intervals that the Fenwick tree uses. Instead we can try to use some other set of intervals to make things more efficient (at least in an asymptotic sense).↵

Instead, we use intervals based on the jump pointers described on [that one blog from the catalog](https://mirror.codeforces.com/blog/entry/74847). That blog claims that we can jump any distance from any node in $O(\log(N))$ by following a greedy algorithm (the same greedy I used to perform range queri
es aon ancestor query, but it happens to actually be $O(\log(N))$ because of some happy accidents.↵

- This made me realize that you can compute any range query on an FT, not just prefixes (but
 Fenwick tree).↵

To be clear I put things in bullet points:↵

- We want to compute range sum queries on some array `A`↵
- The data structure stores `tree[i] = sum of A(i-jmp[i], i]` (yes, an open-closed interval)↵
- The jumps are defined recursively: if `jmp[i] == jmp[i-jmp[i]]` then `jmp[i+1] = 2*jmp[i]+1` and otherwise `jmp[i+1] = 1`↵
- The greedy algorithm to perform queries goes as follows:↵

```c++↵
int A[MAXN+1], jmp[MAXN+1];↵
long long tree[MAXN+1];↵

int range(int i, int j) { // inclusive, 1-indexed↵
  while (j-i+1 > 0) {↵
    if (j-i+1 >= jmp[j]) {↵
      ans += tree[j];↵
      j -= jmp[j];↵
    } else {↵
      ans += A[j];↵
      j -= 1;↵
    }↵
  }↵
}↵
```↵

Some observations:↵

- The above algorithm performs any query
 in $O(\log(N)^{2})$ time)Because of this, I wrote [this other blog](https://mirror.codeforces.com/blog/entry/121381).↵

- Then, I 
This is due to some properties of skew-binary numbers (trust me bro...)↵
- The jumps are well-nested and they have power of two (minus one) length↵
- It follows that each position is covered by up to $\log(N)+O(1)$ intervals↵
- In other words, when we change a value we only need to update $O(\log(N))$ intervals↵

Sadly, I haven't figu
reathe original blog and thought that the idea presenteout how to compute which intervals cover a particular index (nor the jumps) on-line but we can just precompute them.↵

Below is the precomputation of the jumps and the intervals that cover each index:↵

```c++↵
vector<int> covered[MAXN+1];↵
voi
d in it can also be used to compute range queries and updates. (I didn't prove it but it seems obvious that each position in the array is covered by, at most, $\log(N)$ ranges)() {↵
  jmp[1] = jmp[2] = 1;↵
  for (int i = 2; i+1 <= MAXN; ++i) {↵
    if (jmp[i] == jmp[i-jmp[i]]) {↵
      jmp[i+1] = 2 * jmp[i] + 1;↵
    } else {↵
      jmp[i+1] = 1;↵
    }↵
  }↵
  for (int i = 1; i <= MAXN; ++i) {↵
    for (int j = i; i > j-jmp[i]; ++i) {↵
      covered[j].push_back(i);↵
    }↵
  }↵
}↵
```↵

Since we have precomputed the intervals that cover each index, updating them is trivial.↵

```c++↵
void update(int i, int x) {↵
  A[i] += x;↵
  for (int j : covered[i]) tree[j] += x;↵
}↵
```↵

We can do this with less memory and time by storing the smallest interval that strictly covers each interval, and walking that as a linked list. It also looks trivial to construct given the way the jumps are constructed but this data structure is too useless for me to care.↵

Thanks to [user:ponysalvaje,2023-11-22] for explaining how Fenwick tree works.

History

 
 
 
 
Revisions
 
 
  Rev. Lang. By When Δ Comment
en10 English estoy-re-sebado 2023-11-22 23:15:33 3715 Make the data structure use O(N) memory, add section on better point updates.
en9 English estoy-re-sebado 2023-11-22 20:54:36 32
en8 English estoy-re-sebado 2023-11-22 18:07:39 88
en7 English estoy-re-sebado 2023-11-22 06:01:59 209
en6 English estoy-re-sebado 2023-11-22 05:31:38 13 Tiny change: 'mp[MAXN+1];\nlong long tree[MAXN' -> 'mp[MAXN+1], tree[MAXN'
en5 English estoy-re-sebado 2023-11-22 05:30:43 31
en4 English estoy-re-sebado 2023-11-22 05:23:45 170
en3 English estoy-re-sebado 2023-11-22 05:21:40 97
en2 English estoy-re-sebado 2023-11-22 05:20:28 3085 Tiny change: 'onstructed, but this ' -> 'onstructed but this ' (published)
en1 English estoy-re-sebado 2023-10-16 19:19:12 1161 Initial revision (saved to drafts)