Codeforces 960F Pathwalks [线段树/主席树+DP]

本文介绍了一种解决最长递增路径问题的方法,利用线段树和主席树实现高效的查询和更新操作,适用于有向图中边权与编号递增的情况。

题意:给一张有向图,每条边有边权与编号,求一条最长的路径,这条路径的边权与编号都是递增的。

题解:首先我们按照边的编号进行加边,假设新的边是(u,v),这样的话我们只需要查询经过u的路径中最后的边权小于当前边的边权中长度最长的边是多少就可以了,因此我们对于每一个节点记录一个按照w权值动态建点的线段树,以保证空间大小不会太大,然后区间查询,单点更新即可。

线段树AC代码:

#include<stdio.h>
#include<iostream>
using namespace std;
#define N 100005
int tree[N*20],lchild[N*20],rchild[N*20],root[N],tot;
int query(int l,int r,int L,int R,int root)
{
	if(l<=L&&R<=r)return tree[root];
	int mid=L+R>>1;
	if(r<=mid)return query(l,r,L,mid,lchild[root]);
	else if(l>mid)return query(l,r,mid+1,R,rchild[root]);
	else return max(query(l,mid,L,mid,lchild[root]),query(mid+1,r,mid+1,R,rchild[root]));
}
void update(int x,int L,int R,int root,int k)
{
	if(L==R)
	{
		tree[root]=max(tree[root],k);
		return ;
	}
	int mid=L+R>>1;
	if(x<=mid)update(x,L,mid,lchild[root]?lchild[root]:lchild[root]=++tot,k);
	else update(x,mid+1,R,rchild[root]?rchild[root]:rchild[root]=++tot,k);
	tree[root]=max(tree[lchild[root]],tree[rchild[root]]);
}
int main()
{
	int n,m,sum=0;
	scanf("%d%d",&n,&m);
	for(int i=0;i<m;i++)
	{
		int u,v,w,ans=0;
		scanf("%d%d%d",&u,&v,&w);
  		if(w>=1)ans=query(0,w-1,0,100000,root[u]);
  		update(w,0,100000,root[v]?root[v]:root[v]=++tot,ans+1);
  		sum=max(sum,ans+1);
	}
	printf("%d\n",sum);
}


或者还可以通过主席树完成单点更新操作。

主席树AC代码:

#include<stdio.h>
#include<iostream>
using namespace std;
#define N 100005
int tree[N*20],lchild[N*20],rchild[N*20],root[N],tot;
int query(int l,int r,int L,int R,int root)
{
	if(l<=L&&R<=r)return tree[root];
	int mid=L+R>>1;
	if(r<=mid)return query(l,r,L,mid,lchild[root]);
	else if(l>mid)return query(l,r,mid+1,R,rchild[root]);
	else return max(query(l,mid,L,mid,lchild[root]),query(mid+1,r,mid+1,R,rchild[root]));
}
void update(int last,int cur,int x,int L,int R,int k)
{
	tree[cur]=max(tree[last],k);
	lchild[cur]=lchild[last];
	rchild[cur]=rchild[last];
	if(L==R)return ;
	int mid=L+R>>1;
	if(x<=mid)update(lchild[last],lchild[cur]=++tot,x,L,mid,k);
	else update(rchild[last],rchild[cur]=++tot,x,mid+1,R,k);
}
int main()
{
	int n,m,sum=0;
	scanf("%d%d",&n,&m);
	for(int i=0;i<m;i++)
	{
		int u,v,w,ans=0;
		scanf("%d%d%d",&u,&v,&w);
  		if(w>=1)ans=query(0,w-1,0,100000,root[u]);
  		int now=++tot;
  		update(root[v],now,w,0,100000,ans+1);
  		root[v]=now;
  		sum=max(sum,ans+1);
	}
	printf("%d\n",sum);
}


在动态规划问题中,当需要频繁查询区间最大值或最小值时,线段树是一种非常有效的数据结构,能够显著优化时间复杂度。线段树可以在 $ O(\log n) $ 的时间内完成区间查询和单点更新操作,从而替代暴力方法中 $ O(n) $ 的区间扫描,使得整体算法效率大幅提升。 例如,在某些动态规划问题中,状态转移方程可能依赖于某个区间内的最大值或最小值。以一个典型的例子来看,假设有一个状态转移方程: $$ dp[i] = \min(dp[i], \min_{j=i-L}^{i-1} dp[j] + cost(i)) $$ 其中,$ \min_{j=i-L}^{i-1} dp[j] $ 部分可以通过线段树维护 $ dp $ 数组的区间最小值,从而快速获取当前状态所需的最小值。 此外,当动态规划问题涉及区间最大值和最小值的差值时,例如在某个区间内求最大值与最小值的差是否满足某种条件,线段树可以分别维护每个区间的最大值和最小值,从而在查询时快速获取这两个值[^4]。 为了实现线段树优化动态规划,通常需要构建一个线段树结构来维护当前状态下的最优值(最大值或最小值),并在每一步动态规划计算时,利用线段树查询所需的区间值。以下是一个简化的线段树实现,用于维护区间最小值的示例: ```cpp struct SegmentTree { vector<int> tree; int n; SegmentTree(int size) { n = 1; while (n < size) n <<= 1; tree.resize(n << 1, INT_MAX); } void update(int pos, int value) { pos += n; tree[pos] = value; while (pos >>= 1) tree[pos] = min(tree[pos << 1], tree[pos << 1 | 1]); } int query(int l, int r) { int res = INT_MAX; l += n; r += n; while (l <= r) { if (l % 2 == 1) res = min(res, tree[l++]); if (r % 2 == 0) res = min(res, tree[r--]); l >>= 1; r >>= 1; } return res; } }; ``` 在实际应用中,线段树优化动态规划的技巧常见于处理大规模数据的问题,如 Codeforces 上的某些题目,其中涉及划分区间并求取区间极值的场景[^3]。
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