有根树
任意指定无根树的某个顶点 $v$ 作为根便得到有根树。下面只讨论有根树。把点 $u$ 和其父亲之间的边称为 $u$ 的父边;除根节点外,点 $u$ 和 $u$ 的父边一一对应。
有根树结构的核心特征是每个节点有唯一前驱,但有多个后继。线性结构的核心特征是每个节点有唯一前驱和唯一后继。
若能给每个节点指定一个“唯一”后继,就能把有根树划分成若干条链。
重儿子与重边
$u$ 的所有儿子中,以之为根的子树中节点数最多者称为 $u$ 的重儿子(heavy son),若有多个儿子可以作为重儿子,任取一个,其余儿子称为轻儿子(light son);$u$ 与其重儿子之间的边称为重边,与其轻儿子之间的边称为轻边。
重节点与轻节点
若非根节点 $u$ 是其父亲的重儿子,则称其为重节点。不是重节点的点称为轻节点,特别地,根是轻节点。
重链
以某个轻节点为起点,沿着重儿子扩展,直到某个叶子节点,将得到一个节点序列,这样的点列称为重链。在不至引起混淆的情况下,也把由这样的点列所导出的子图称为重链。
重链的性质
1. 根据定义,重链的链首是轻节点。
2. 对于一棵 $n$ 个节点的树,从根到任意叶子节点所经过的重链数目不超过 $log n$。
以下内容较为粗糙,需要改进。
树链剖分(Heavy Light Decomposition, HLD)是一种将对【树上两点间的路径】上【边或点】的【修改与查询】转化到【序列】上来处理的方法。
目的:将树的点或边转化到一个线性结构(序列)上。
方法:指定点或边的唯一后继。对于任意非叶子节点 $u$,指定 $u$ 的重儿子作为 $u$ 的唯一后继。类似地指定边的唯一后继。
如何将对「树上路径」的修改操作转化到线性结构上?
深度优先遍历。重链在 DFS 序列中是连续的。
轻节点是重链的起点。
树链剖分的精髓:
「有根树」结构的核心特征是:每个节点有唯一前驱,但有多个后继。线性结构的核心特征是每个节点有唯一前驱和唯一后继。
现在采用轻重划分,给每个节点找到一个特殊的“唯一”后继,就相当于在树结构上增加了线性成分,或者说把树往序列转化。
形式化地说,树链剖分是下述剖分问题的一个方案(解法)
将树 $T=(V, E)$ 的点集 $V$ 划分成 $m$ 个不相交的非空子集 $V_1, V_2, cdots,V_m$ 使得每个点集的导出子图是一条链.
HLD 具有以下性质:
从根节点到任一节点所经过的上述子集 $V_i$ 的数目为 $O(log{n})$ , $n$ 是树的节点数.
HLD 路径分解的注意事项
在 HLD 的代码实现中,基本的操作是将 $u$ 到 $v$ 的路径分解到事先划分好的若干个链上。
需要区别两种情况,一种是数据存在边上,另一种是数据存在点上。