• 树链剖分讲解


    题目:Aragorn's Story

    链接:http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=3966

    题意:给一棵树,每个结点都有初始的权值,有m个操作,分两种:一是从x 结点到y 结点路上所有的结点权值+z或-z,二是问x结点的权值。

    思路:

      树链剖分。

      这是我学树剖的第一题,建议还没接触过的伙伴,第一次学习的时候不要一直纠结理论,直接找一道模板题,然后找一篇AC代码,直接理解,做完一题后,你就会发现理论其实也挺好理解的,树剖也挺好学的。

      树剖中的新概念:重孩子、轻孩子、重链、轻链,后面解释

      fa[x]:x 结点的父结点

      dep[x]:x 结点的深度

      siz[x]:以x 结点为根的子树的结点个数

      son[x]:x 结点的重孩子,即x 所有孩子中siz 最大的那个(相对的,其他的为轻孩子)

      结点x 和他重孩子的连边叫作重边,重边组成的一条链叫作重链。

      top[x]:x 所属的重链的头结点

      树链剖分就是为了合理地安排每个结点在线段树中的位置,这里,属于同一条重链的结点将分配在一起。

      pos[x]:x 结点在线段树中的位置

      xd[x]:和pos相反,表示线段树中x 位置的结点是哪个


      上面的数组定义给出后,有过基础的完全可以自己求出来了(下面AC代码的dfs1、dfs2),至于求出来什么用,再看下面。

      比如现在要求:x 结点到y 结点路上所有结点的权值+1。

      分两种:1. 如果x、y 两结点在同一条重链上,那么他们路上的结点其实就是线段树上连续的一个区间[x, y],那么像普通的线段树区间更新似的便可以解决。2. 如果x、y 不在同一个重链上,找到他们的链头,也就是top[x]、top[y],判断哪个深度大,选择深度大的那个,假设为x,现在我们可以更新区间[top[x],x],然后x指向top[x]的父结点,再次判断x、y是否同一重链。

      单点查询就不说了,和线段树单点查询一样。


      实现弄完了,我们来研究一下为什么他可以快速解决该类问题,从区间更新那里,我们可以看到,如果属于同一条重链,那么接下来的更新操作是线段树操作,这个时间复杂度是logn大家都学过了。也就是说如果有可能慢,那就慢在属于不同的重链,而且慢在必须一直跳(也就是说始终跳不到同一条重链),慢在重链的长度很短(一次只能跳一点)。如果始终没跳到一条重链上,那么跳的次数最多就是树的高度,那么会不会树的高度很大而一次跳很短呢,答案是否定的,因为结点x 的重孩子是其所有孩子结点中siz 最大的那个,如果要跳的y 在重孩子那棵子树,那么边x-son[x]是重边,是可以跳过的,如果要跳的y 在轻孩子z那棵子树,虽然x-z不是重边,是不能跳过去的,但重孩子至少分去了一半的结点,这样层层计算下来,最终时间复杂度也是logn,并不会出现跳的次数过多的情况。

    AC代码:

      1 #include<stdio.h>
      2 #include<vector>
      3 #include<algorithm>
      4 using namespace std;
      5 #define N 100010
      6 #define lson rt<<1
      7 #define rson rt<<1|1
      8 int fa[N],dep[N],siz[N];
      9 int son[N];
     10 vector<int> e[N];
     11 void dfs1(int rt,int f,int h)
     12 {
     13   dep[rt]=h; fa[rt]=f; siz[rt]=1;
     14   for(int i=0;i<e[rt].size();i++)
     15   {
     16     int ad=e[rt][i];
     17     if(ad!=f)
     18     {
     19       dfs1(ad,rt,h+1);
     20       siz[rt]+=siz[ad];
     21       if(son[rt]==-1 || siz[ad]>siz[son[rt]])
     22         son[rt]=ad;
     23     }
     24   }
     25 }
     26 int top[N],pos[N],xd[N],po;
     27 void dfs2(int rt,int org)
     28 {
     29   top[rt]=org; pos[rt]=po++;
     30   xd[pos[rt]]=rt;
     31   if(son[rt]==-1) return;
     32   dfs2(son[rt],org);
     33   for(int i=0;i<e[rt].size();i++)
     34   {
     35     int ad=e[rt][i];
     36     if(ad!=son[rt] && ad!=fa[rt])
     37       dfs2(ad,ad);
     38   }
     39 }
     40 struct Node
     41 {
     42   int w,c;
     43   int l,r;
     44   int mid()
     45   {
     46     return (l+r)/2;
     47   }
     48 };
     49 Node v[N<<2];
     50 int num[N];
     51 
     52 void build(int l,int r,int rt)
     53 {
     54   v[rt].c=0;
     55   v[rt].l=l;
     56   v[rt].r=r;
     57   if(l==r)
     58   {
     59     v[rt].w=num[xd[l]];
     60     return;
     61   }
     62   build(l,v[rt].mid(),lson);
     63   build(v[rt].mid()+1,r,rson);
     64   v[rt].w = v[lson].w+v[rson].w;
     65 }
     66 void update(int val,int l,int r,int rt)
     67 {
     68   if(l<=v[rt].l && v[rt].r<=r)
     69   {
     70       v[rt].c+=val;
     71       v[rt].w+=val*(v[rt].r-v[rt].l+1);
     72       return;
     73   }
     74   if(v[rt].c)
     75   {
     76     v[lson].c += v[rt].c;
     77     v[rson].c += v[rt].c;
     78     v[lson].w += (v[lson].r-v[lson].l+1)*v[rt].c;
     79     v[rson].w += (v[rson].r-v[rson].l+1)*v[rt].c;
     80     v[rt].c=0;
     81   }
     82   int mid=v[rt].mid();
     83   if(l<=mid) update(val,l,r,lson);
     84   if(r>mid) update(val,l,r,rson);
     85   v[rt].w = v[lson].w+v[rson].w;
     86 }
     87 void change(int x,int y,int val)
     88 {
     89   while(top[x]!=top[y])
     90   {
     91     if(dep[top[x]]<dep[top[y]]) swap(x,y);
     92     update(val,pos[top[x]],pos[x],1);
     93     x=fa[top[x]];
     94   }
     95   if(dep[x]>dep[y]) swap(x,y);
     96   update(val,pos[x],pos[y],1);
     97 }
     98 int query(int rt,int val)
     99 {
    100   if(v[rt].l==v[rt].r) return v[rt].w;
    101 
    102   if(v[rt].c)
    103   {
    104     v[lson].c += v[rt].c;
    105     v[rson].c += v[rt].c;
    106     v[lson].w += (v[lson].r-v[lson].l+1)*v[rt].c;
    107     v[rson].w += (v[rson].r-v[rson].l+1)*v[rt].c;
    108     v[rt].c=0;
    109   }
    110   int mid=v[rt].mid();
    111   int ret=0;
    112   if(val<=mid) ret=query(lson,val);
    113   else ret=query(rson,val);
    114   v[rt].w = v[lson].w+v[rson].w;
    115   return ret;
    116 }
    117 int main()
    118 {
    119   int n,m,x,y,z;
    120   while(~scanf("%d%*d%d",&n,&m))
    121   {
    122     po=1;
    123     for(int i=1;i<=n;i++)
    124     {
    125       e[i].clear();
    126       son[i]=-1;
    127       scanf("%d",&num[i]);
    128     }
    129 
    130     for(int i=1;i<n;i++)
    131     {
    132       scanf("%d%d",&x,&y);
    133       e[x].push_back(y);
    134       e[y].push_back(x);
    135     }
    136     dfs1(1,0,0);
    137     dfs2(1,1);
    138     build(1,n,1);
    139     while(m--)
    140     {
    141       char s[10];
    142       scanf("%s",s);
    143       if(s[0]=='Q')
    144       {
    145         scanf("%d",&x);
    146         printf("%d
    ",query(1,pos[x]));
    147       }
    148       else
    149       {
    150         scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);
    151         if(s[0]=='D') z=-z;
    152         change(x,y,z);
    153       }
    154     }
    155   }
    156   return 0;
    157 }
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