• 【CF1425B】 Blue and Red of Our Faculty! 题解


    原题链接

    简要翻译:
    有一个连通图,A和B同时从点1出发,沿不同的路径前进。原本,图上的每一条边都是灰色的。A将经过的边涂成红色,B将经过的边涂成蓝色的。每个回合每个人只能走灰色的边。当某个回合中不存在两条不同的灰色路径同时移动A和B时,游戏结束。试求结束时,图上边的涂色情况有多少种?只要有一条边颜色不同,就视为两种情况。特别的,对图中除点1外的点,每一个点都有且只有两条边与之相连
    数据范围:
    (2leq Nleq3e5)(2leq Mleq 2 imes N)
    题解:
    (说是题解,其实更像是思考过程。想直接看正解的可以下拉到我推导n个环的地方)

    显然,我们可以发现,图中所有的环都只有点1一个公共点,或者说,这个图是由以且只以点1为公共点的环构成的

    边军训边想想了一整天,我决定打开cf看下标签
    Divide and Conquer 分治算法
    好吧没看懂

    首先,我们先求出环的数量与每个环中点的数量,复杂度为 (O(N)) ,简单的遍历即可。
    当然,你也可以一边读入一边利用并查集确定除1外每个点的归属,然后直接统计,这样就省去了建图遍历的过程。

    染色部分只含有1个环时:

    • 答案加 (2) 。(红蓝互换)

    染色部分只含有2个环时:

    • 若两个环大小不同,则终点会在较大环里,且由于大小不同,终点不会将环平分,所以终点在环上会有一个对称的位置。再加上红蓝互换,答案加 (4)
    • 当然,记得加上含有一个环的情况。
    • 此时,总答案为8。这便是样例的情况。
    • 若两个环大小相同,则终点为1。若图上没有别的环了,则答案加 (2) ,否则答案加 (0) 。(因为终点为点1,但与点1相连的环还有其他的,可以继续移动)

    当含有3个环时,记这三个环的点数分别为 (aleq bleq c)

    • (a+b=c) ,与上面2个环的情况类似, 当终点在1时,如果只有3个环,答案加 (2) ,否则答案加 (0) 。当终点在c上时,若 (a=b) ,答案加 (2) ,否则加 (4)
    • 否则若 (a+b<c) ,显然终点只能出现在第三个环里。当两个小环颜色相同,与两个环的第一种情况同理,答案加 (4) ;当两个小环颜色不同,若这两个环大小相同,则终点平分第三个环,答案加 (2) ,否则,答案加 (4)
    • (a+b>c)
      • (a=b) ,答案加 (2(终点在c)+4(终点在b)+4(终点在a))
      • (a<b) ,答案加 (4+4+4)
    • 不难发现:当终点所在环两侧环的点数相同时,答案加 (2) ,否则答案加 (4)

    对于含有n个环的情况下,记这n个环点数分别为 (a_1leq a_2leq ...leq a_n)

    • 我们将这些环分为3个部分,(S_1,S_2,a_k) ,注意 (S_1,S_2) 可以为0,我们记终点在 (a_k) 中,且 (S_1leq S_2) ,则 (a_k) 可以作为终点环,当且仅当 (S_1+a_k>S_2)
    • (S_1=S_2) ,答案加 (2) 。否则,答案加 (4)
    • 但是,这样的组合会有很多种,枚举显然不能解决问题。
    • (S_1+a_k=S_2) ,且没有更多的环时,答案加 (2) ,否则答案加 (0)

    假定我们已经求出n-1个环下的答案,现在让我们尝试推导出n个环的答案
    思路1:

    • 对于原有的每个对答案有贡献的情形:
    • 注意,此处我们将 (S_1+a_k=S_2) 的情形也加入讨论
    • 假若我们是按大小顺序加入环,对于每个 (S_1+a_k>S_2) 的情形,如果我们把 (a_k) 并入 (S_1) ,新环设为终点环,情况仍然是合法的,即满足 (S_2+a_n>(S_1+a_k))
    • 对于 (a_n<S_2-S_1+a_k) 的情形,我们将新环并入 (S_1) 后,有 (S_2+a_k>(S_1+a_n)) ,情况仍然合法
    • ...
    • 下面不再列举出各种情况。但是,我们不难发现,如果我们维护的是各个 (d=S_2-S_1+a_k) 的数量,在某些情形下,合并后,我们就无法利用 (d) 计算出 (d') ,进而无法更新。如果维护 (d=S_1-S_2+a_k) ,也有类似的问题。
    • 比方说,我们维护的是 (d=S_2-S_1+a_k) ,对于每个 (S_1+a_k>S_2) 的情形,我们将新环设为终点环,把 (a_k) 并入 (S_1) 之后, (d'=(S_1+a_k)-S_2+a_n) ,由于符号的改变,我们无法在只知道 (d) 的情况下推出 (d')
    • 而两个同时维护,复杂度又不允许。
    • 也就是说,我们需要更巧妙的维护方式。

    在我们上面的分析中,我们都是整个环整个环的操作,并且根据大小关系的合法与否来实现统计和更新,拥有繁琐的判断过程和无法维护的弊端,那么,是否有更为通用的方法呢?

    思路2(正解):

    • 我们发现,无论我们维护的 (d) 是怎样的形式,(S_1)(S_2) 总是相抵的。现在,我们将红色边的数量记为正,蓝边数量记为负,则最终我们希望二者相抵为0。

    • 边的变化有两种方式,一是加入整个环,二是将环确认为终点环并加入环中的部分边。

    • 我们让 (f[i][j][0]) 表示考虑到第i个环,边数相抵后的值为j,0表示答案是由完整的环加减也就是还未确定终点环下得到的,1表示答案是已经确定了终点环后得到的。

    • 显然,有: (f[i][j][0]=f[i-1][j-a_i][0]+f[i-1][j+a_i][0]+f[i-1][j][0])

    • 接下来我们讨论把当前环i作为终点环的情况

    • 我们将环平分为两个非空的部分,不难发现,以这个环为终点环后其对j值的影响如下:(1-(a_i-1),2-(a_i-2),...,(a_i-1)-1) 不难发现,影响是从 (2-a_i)(a_i-2)间隔为2的数,我们记这个影响的集合为 (D_1)

    • 应有: (f[i][j][1]+=sum f[i-1][p][0])(pin D_1)

    • 另外,别忘了统计终点环不是i但已经确定终点环的情况: (f[i][j][1]+=f[i-1][j-a_i][1]+f[i-1][j+a_i][1]+f[i-1][j][1])

    • 什么?你以为这样就完了?太天真了。

    • 题目可没有保证蓝色和红色最终能到达同一个点。也就是说,可能存在这样的情况:蓝色和红色的终点在同一个环上某条边的两端

    • 注意此时跟上面的情况有点区别,上面我们要求将环平分为非空的两部分,是因为在用上了整个环的情形下,如果红边或蓝边的边数为0,则终点会在1点,而由于1点的特殊性(如果你真的看了我前面的推导思路),我们无法在此处判断把共同终点设在1点是否合法,所以,我们要求两部分非空。

    • 但在现在,我们在环中空出了一条边,不论两部分是否为空,我们都能确定终点(边)在这个环中,所以可以为空

    • 此时,这个终点环对j的影响如下: (0-(a_i-1),1-(a_i-2),...,(a_i-1)-0),我们记这个影响的集合为 (D_2)

    • 我们发现 (D_1cup D_2=[1-a_i,a_i-1])

    • 那么我们自然而然地想到,维护f[i-1][j][0]的前缀和,然后 (f[i][j][1]+=sum[j+a_i-1]-sum[j-a_i])

    • 那么恭喜你,这里还有一个坑。

    • 假如我们在环中空出的这条边的一端为1点,也就是上面我们分析到的其中一部分为空的情况,需要满足一个前提条件:用上所有的环。或着这么表述:整个图中空下来保持褐色的,只有这条边,因为如果还有别的环,这个环必然与1相连,那么这两种颜色就可以从1点沿着环继续延伸,这种情况是不合法的。

    • 因此,我们在计算空出了边且边与1相连的情况时,有如下调整:

    • 统计终点环不是i但已经确定终点环的情况时,不能加上 (f[i-1][j][1]) ,也就是不能不用这个环。

    • 但这就与我们上面的公式相矛盾。

    • 因此,我们需要将这种情况同以1为终点的情况一起拿出来单独计算。

    • 顺带一提,我们上面算的 (f[i][j][1]) 的终点环处经过红蓝互换后可以形成新的答案,所以最终答案要乘以2。

    最后是代码:

    #include <cstdio>
    #define REG register
    #define rep(i,a,b) for(REG int i=a;i<=b;i++)
    #define Rep(i,a,b) for(REG int i=a;i>=b;i--)
    inline char getc(){
        static char buf[1<<14],*p1=buf,*p2=buf;
        return p1==p2&&(p2=(p1=buf)+fread(buf,1,1<<14,stdin),p1==p2)?EOF:*p1++;
    }
    inline int scan(){
        REG int x=0; REG char ch=0;
        while(ch<48) ch=getc();
        while(ch>=48) x=x*10+ch-48,ch=getc();
        return x;
    }
    inline void swap(int &A,int &B){
        REG int x=A; A=B; B=x;
    }
    inline int max(const int&A,const int&B){
        return A>B?A:B;
    }
    inline int min(const int&A,const int&B){
        return A<B?A:B;
    }
    const int MOD=1e9+7;
    inline int add(int A,int B){
        //if(B<0) B+=MOD
        return B>MOD-A?A-MOD+B:A+B;
    }
    const int N=2e3+5,M=4e3+5;
    int n,m,fa[N],c[N],a[N],cn,f[2][M<<1][2];
    inline int find(int x){
        return fa[x]==x?x:fa[x]=find(fa[x]);
    }
    int main(){
        n=scan(); m=scan();
        rep(i,1,n) fa[i]=i,c[i]=1;
        rep(i,1,m){
            REG int u=find(scan()),v=find(scan());
            if(u==1||v==1||u==v) continue;
            fa[v]=u; c[u]+=c[v];
        }
        rep(i,2,n) if(fa[i]==i) a[++cn]=c[i]+1;
        REG int zero=m+1,t=1,ans;
        f[0][zero][0]=1; 
        for(REG int i=1;i<=cn;i++,t^=1){
            //直接继承i-1的答案,是这个环不走的情况
            rep(j,1,(m<<1)+1){
                f[t][j][0]=f[t^1][j][0]; 
                f[t][j][1]=f[t^1][j][1];
            }
            rep(j,1,(m<<1)+1){
                if(j-a[i]>0){
                    f[t][j][0]=add(f[t][j][0],f[t^1][j-a[i]][0]);
                    f[t][j][1]=add(f[t][j][1],f[t^1][j-a[i]][1]);
                }
                if(j+a[i]<(m+1)<<1){
                    f[t][j][0]=add(f[t][j][0],f[t^1][j+a[i]][0]);
                    f[t][j][1]=add(f[t][j][1],f[t^1][j+a[i]][1]);
                }
            }
            rep(j,1,(m<<1)+1) f[t^1][j][0]=add(f[t^1][j][0],f[t^1][j-1][0]);
            rep(j,1,(m<<1)+1){
                REG int l=max(1,j-a[i]+2),r=min(j+a[i]-2,(m<<1)+1);
                f[t][j][1]=add(f[t][j][1],add(f[t^1][r][0],MOD-f[t^1][l-1][0]));
            }
        }
        //终点环内红蓝互换(或者说把环镜像翻转),答案翻倍
        ans=add(f[t^1][zero][1],f[t^1][zero][1]);
        //printf("t1:%d
    ",ans);
        rep(j,1,(m<<1)+1) f[t][j][0]=f[t^1][j][0]=f[t][j][1]=f[t^1][j][1]=0;
        f[t^1][zero][0]=1;
        for(REG int i=1;i<=cn;i++,t^=1){
            //想要以1为唯一终点或终点之一,就不能空出任何环
            rep(j,1,(m<<1)+1) f[t][j][0]=f[t][j][1]=0;
            rep(j,1,(m<<1)+1){
                if(j-a[i]>0){
                    f[t][j][0]=add(f[t][j][0],f[t^1][j-a[i]][0]);
                    f[t][j][1]=add(f[t][j][1],f[t^1][j-a[i]][1]);
                }
                if(j+a[i]<(m+1)<<1){
                    f[t][j][0]=add(f[t][j][0],f[t^1][j+a[i]][0]);
                    f[t][j][1]=add(f[t][j][1],f[t^1][j+a[i]][1]);
                }
                //统计空出一条边且该边与1相连的情况
                if(j-a[i]+1>0) f[t][j][1]=add(f[t][j][1],f[t^1][j-a[i]+1][0]);
                if(j+a[i]-1<(m+1)<<1) f[t][j][1]=add(f[t][j][1],f[t^1][j+a[i]-1][0]);
            }
        }
        //对于f[i][0][0]也就是以1为唯一终点的情况 红蓝的各种组合在红正蓝负相抵中已经体现了,不需要互换了。
        ans=add(ans,f[t^1][zero][0]);
        //printf("t2:%d
    ",ans);
        //对于f[i][0][1]我们镜像翻转 答案翻倍
        ans=add(ans,add(f[t^1][zero][1],f[t^1][zero][1]));
        printf("%d
    ",ans);
        return 0;
    }
    
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