• 树链剖分入门讲解


    http://blog.csdn.net/bobodem/article/details/52330316

    “在一棵树上进行路径的修改、求极值、求和”乍一看只要线段树就能轻松解决,实际上,仅凭线段树是不能搞定它的。我们需要用到一种貌似高级的复杂算法——树链剖分。

    树链,就是树上的路径。剖分,就是把路径分类为重链和轻链。 
    记siz[v]表示以v为根的子树的节点数,dep[v]表示v的深度(根深度为1),top[v]表示v所在的重链的顶端节点,fa[v]表示v的父亲,son[v]表示与v在同一重链上的v的儿子节点(姑且称为重儿子),w[v]表示v与其父亲节点的连边(姑且称为v的父边)在线段树中的位置。只要把这些东西求出来,就能用logn的时间完成原问题中的操作。

    重儿子:siz[u]为v的子节点中siz值最大的,那么u就是v的重儿子。 
    轻儿子:v的其它子节点。 
    重边:点v与其重儿子的连边。 
    轻边:点v与其轻儿子的连边。 
    重链:由重边连成的路径。 
    轻链:轻边。

    剖分后的树有如下性质: 
    性质1:如果(v,u)为轻边,则siz[u] * 2 < siz[v]; 
    性质2:从根到某一点的路径上轻链、重链的个数都不大于logn。

    算法实现: 
    我们可以用两个dfs来求出fa、dep、siz、son、top、w。 
    dfs_1:把fa、dep、siz、son求出来,比较简单,略过。 
    dfs_2:⒈对于v,当son[v]存在(即v不是叶子节点)时,显然有top[son[v]] = top[v]。线段树中,v的重边应当在v的父边的后面,记w[son[v]] = totw+1,totw表示最后加入的一条边在线段树中的位置。此时,为了使一条重链各边在线段树中连续分布,应当进行dfs_2(son[v]); 
    ⒉对于v的各个轻儿子u,显然有top[u] = u,并且w[u] = totw+1,进行dfs_2过程。 
    这就求出了top和w。 
    将树中各边的权值在线段树中更新,建链和建线段树的过程就完成了。

    修改操作:例如将u到v的路径上每条边的权值都加上某值x。 
    一般人需要先求LCA,然后慢慢修改u、v到公共祖先的边。而高手就不需要了。 
    记f1 = top[u],f2 = top[v]。 
    当f1 <> f2时:不妨设dep[f1] >= dep[f2],那么就更新u到f1的父边的权值(logn),并使u = fa[f1]。 
    当f1 = f2时:u与v在同一条重链上,若u与v不是同一点,就更新u到v路径上的边的权值(logn),否则修改完成; 
    重复上述过程,直到修改完成。

    求和、求极值操作:类似修改操作,但是不更新边权,而是对其求和、求极值。 
    就这样,原问题就解决了。鉴于鄙人语言表达能力有限,咱画图来看看: 
    树链剖分分析

    如上图所示,较粗的为重边,较细的为轻边。节点编号旁边有个红色点的表明该节点是其所在链的顶端节点。边旁的蓝色数字表示该边在线段树中的位置。图中1-4-9-13-14为一条重链。

    当要修改11到10的路径时。 
    第一次迭代:u = 11,v = 10,f1 = 2,f2 = 10。此时dep[f1] < dep[f2],因此修改线段树中的5号点,v = 4, f2 = 1; 
    第二次迭代:dep[f1] > dep[f2],修改线段树中10–11号点。u = 2,f1 = 2; 
    第三次迭代:dep[f1] > dep[f2],修改线段树中9号点。u = 1,f1 = 1; 
    第四次迭代:f1 = f2且u = v,修改结束。

    **数据规模大时,递归可能会爆栈,而非递归dfs会很麻烦,所以可将两个dfs改为宽搜+循环。即先宽搜求出fa、dep,然后逆序循环求出siz、son,再顺序循环求出top和w。 

    假如现在给你一棵树,然后没两条边之间有一条权值,有一些操作,1:x—y之间的最大权值是多少,2:改变x—y之间的权值 
    当前这样的操作有很多,如果直接用暴力的方法的话肯定不行,那么就要想一个好的方法,我们可以想一下能不能借助线段树解决,能不能想一种方法对树上的边进行编号,然后就变成区间了。那么我们就可以在线段树上进行操作了,树链剖分就是这样的一个算法。

    当然编号不是简单的随便编号,如果我们进行随便的编号,然后建立一个线段树,如果要更新一个边的权值,是log2(n)的复杂度,而查找的话,我们要枚举x–y的之间的所有的边,假如我们随便以一个点为根节点进行编号,最大的长度是树的直径,这个值本身是比较大的,而在线段树上查找任意一个区间的复杂度也是log2(n),这样查找一次的时间复杂度比直接暴力还要高,所以很明显是不行的。 
    那么就要想想办法了,我们能不能把x–y之间的一些边一块儿查找,这就是关于树链剖分的重边和轻边,

    重边:某个节点x到孩子节点形成的子树中节点数最多的点child之间的边,由定义发现除了叶子节点其他节点只有一条重边 
    重边是可以放在一块儿更新的,而有

    性质:从根到某一点的路径上轻边、重边的个数都不大于logn。 
    所以这样查找的时间复杂度相当于log2(n)

    其实树链剖分就是把边哈希到线段树上的数据结构。 
    实现的话很简单,用两个dfs处理数数的信息,重边以及轻边,然后就是一些线段树的操作了。

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