bzoj3694&bzoj1576 dijkstra+树链剖分

本文介绍了BZOJ1576和BZOJ3694这两道题目的解题思路,通过树链剖分和线段树求解未加入最短路径树的边所带来的最短距离变化。文章详细阐述了如何利用DFS、LCA等算法进行求解。

bzoj1576其实就是bzoj3694的进阶版啦。
具体思路如下:
一条未加入最短路树的边两端点分别为u,v。u,v的lca为t。
设u–lca–v这条链上的点为x。
DIS[x]包括边(u,v)的最短长度为:
DIS[x]=dis[u]+l(u,v)+dis[v]-dis[x]
(画图易得)
需要注意的是x不包括lca,若包括则DIS[lca]与根节点不连通。
所以枚举未加入最短路树的边(u,v) 通过树链剖分求得x,用线段树储存DIS[x]的最小值,最后查询可得答案。

这道题之前一直wa是因为在pushdown时没有考虑原来的fg比现在的fg小的情况。

bzoj3694

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<iostream>
#include<queue>
#include<vector>
using namespace std;
const int N=100005,M=100000+5,P=11;
const int inf=1e9;
int n,m;
int to[2*M],nxt[2*M],head[N],w[M*2],etot;
int dep[N],size[N],son[N],anc[N][P+1];
int top[N],in[N],idc;
int dis[N];
int u[M],v[M],l[M],t[M];
typedef pair<int,int> pii;
struct node{
    node *ls,*rs;
    int fg;
    void pushdown(){
        if(fg!=inf){
            ls->fg=min(fg,ls->fg);
            rs->fg=min(fg,rs->fg);
            fg=inf;
        }
    }
}pool[2*N+5],*tail=pool,*rt;
void adde(int u,int v,int c)
{
    to[++etot]=v;
    nxt[etot]=head[u];
    w[etot]=c;
    head[u]=etot;
}
void dfs1(int u,int fa)
{
    dep[u]=dep[fa]+1;
    size[u]++;
    anc[u][0]=fa;
    for(int p=1;p<=P;p++)
    anc[u][p]=anc[anc[u][p-1]][p-1];
    for(int i=head[u];i;i=nxt[i]){
        int v=to[i];
        if(v==fa) continue;
        dis[v]=dis[u]+w[i];
        dfs1(v,u);
        size[u]+=size[v];
        if(son[u]==-1||size[son[u]]<size[v]) son[u]=v;
    }
}
void dfs2(int u,int tp)
{
    in[u]=++idc;
    top[u]=tp;
    if(son[u]!=-1) dfs2(son[u],tp);
    for(int i=head[u];i;i=nxt[i]){
        int v=to[i];
        if(v==anc[u][0]||v==son[u]) continue;
        dfs2(v,v);
    }
}
int lca(int u,int v)
{
    if(dep[u]<dep[v]) swap(u,v);
    int t=dep[u]-dep[v];
    for(int p=0;t;t>>=1,p++)
    if(t&1) u=anc[u][p];
    if(u==v) return u;
    for(int p=P;p>=0;p--)
    if(anc[u][p]!=anc[v][p]) u=anc[u][p],v=anc[v][p];
    return anc[u][0];
}
node *build(int lf,int rg)
{
    node *nd=++tail;
    if(lf==rg) {
        nd->fg=inf;
        return nd;
    }
    int mid=(lf+rg)>>1;
    nd->ls=build(lf,mid);
    nd->rs=build(mid+1,rg);
    nd->fg=inf;
    return nd;
}
void modify(node *nd,int L,int R,int lf,int rg,int w)
{
    if(L<=lf&&rg<=R){
        nd->fg=min(w,nd->fg);
        return;
    }
    int mid=(lf+rg)>>1;
    nd->pushdown();
    if(L<=mid) modify(nd->ls,L,R,lf,mid,w);
    if(R>mid) modify(nd->rs,L,R,mid+1,rg,w);
}
void modify(int u,int v,int w)
{
    while(top[u]!=top[v]){
        if(dep[top[u]]<dep[top[v]]) swap(u,v);
        modify(rt,in[top[u]],in[u],1,n,w);
        u=anc[top[u]][0];
    }    
    if(dep[u]<dep[v]) swap(u,v);
    if(v!=u)
        modify(rt,in[v]+1,in[u],1,n,w); 
}
int query(node *nd,int pos,int lf,int rg)
{
    if(lf==rg) return nd->fg;
    int mid=(lf+rg)>>1;
    mid=(lf+rg)>>1;
    nd->pushdown();
    if(pos<=mid) return query(nd->ls,pos,lf,mid);
    else return query(nd->rs,pos,mid+1,rg);
}
int main()
{
    memset(son,-1,sizeof(son));
    scanf("%d%d",&n,&m);
    for(int i=1;i<=m;i++){
        scanf("%d%d%d%d",&u[i],&v[i],&l[i],&t[i]);
        if(t[i])    
        adde(u[i],v[i],l[i]),adde(v[i],u[i],l[i]);
    }
    dfs1(1,1);  
    dfs2(1,1);
    rt=build(1,n);
    for(int i=1;i<=m;i++){
        if(t[i]) continue;
        int t=lca(u[i],v[i]);
        modify(v[i],t,l[i]+dis[u[i]]+dis[v[i]]);
        modify(u[i],t,l[i]+dis[u[i]]+dis[v[i]]);
    }
    for(int i=2;i<=n;i++){
        int x=query(rt,in[i],1,n);
        if(x==inf) printf("-1 ");
        else printf("%d ",x-dis[i]);
    }
    return 0;
}

bzoj1576

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<iostream>
#include<queue>
#include<vector>
using namespace std;
const int N=1e5+5,M=2e5+5,P=16;
int n,m;
int to[2*M],nxt[2*M],head[N],w[M*2],etot;
int mark[2*M],frm[N];
int dep[N],size[N],son[N],anc[N][P+1];
int top[N],in[N],idc;
int dis[N];
int u[M],v[M],l[M];
const int inf=1e9;
typedef pair<int,int> pii;
struct node{
    node *ls,*rs;
    int fg;
    void pushdown(){
        if(fg!=inf){
            ls->fg=min(fg,ls->fg);
            rs->fg=min(fg,rs->fg);
            fg=inf;
        }
    }
}pool[2*N+5],*tail=pool,*rt;
void adde(int u,int v,int c)
{
    to[++etot]=v;
    nxt[etot]=head[u];
    w[etot]=c;
    head[u]=etot;
}
void dijkstra()
{
    priority_queue<pii,vector<pii>,greater<pii> > q;
    memset(dis,32,sizeof(dis));
    dis[1]=0;
    q.push(make_pair(0,1));
    while(!q.empty()){
        pii now=q.top();q.pop();
        int u=now.second;
        for(int i=head[u];i;i=nxt[i]){
            int v=to[i];
            if(dis[v]>dis[u]+w[i]){
                dis[v]=dis[u]+w[i];
                mark[frm[v]]=0;
                mark[i]=1;
                frm[v]=i;
                q.push(make_pair(dis[v],v));
            }
        }
    }
}
void dfs1(int u,int fa)
{
    dep[u]=dep[fa]+1;
    size[u]++;
    anc[u][0]=fa;
    for(int p=1;p<=P;p++)
    anc[u][p]=anc[anc[u][p-1]][p-1];
    for(int i=head[u];i;i=nxt[i]){
        int v=to[i];
        if(!mark[i]||v==fa) continue;
        dfs1(v,u);
        size[u]+=size[v];
        if(son[u]==-1||size[son[u]]<size[v]) son[u]=v;
    }
}
void dfs2(int u,int tp)
{
    in[u]=++idc;
    top[u]=tp;
    if(son[u]!=-1) dfs2(son[u],tp);
    for(int i=head[u];i;i=nxt[i]){
        int v=to[i];
        if(!mark[i]||v==anc[u][0]||v==son[u]) continue;
        dfs2(v,v);
    }
}
int lca(int u,int v)
{
    if(dep[u]<dep[v]) swap(u,v);
    int t=dep[u]-dep[v];
    for(int p=0;t;t>>=1,p++)
    if(t&1) u=anc[u][p];
    if(u==v) return u;
    for(int p=P;p>=0;p--)
    if(anc[u][p]!=anc[v][p]) u=anc[u][p],v=anc[v][p];
    return anc[u][0];
}
node *build(int lf,int rg)
{
    node *nd=++tail;
    if(lf==rg) {
        nd->fg=inf;
        return nd;
    }
    int mid=(lf+rg)>>1;
    nd->ls=build(lf,mid);
    nd->rs=build(mid+1,rg);
    nd->fg=inf;
    return nd;
}
void modify(node *nd,int L,int R,int lf,int rg,int w)
{
    if(L<=lf&&rg<=R){
        nd->fg=min(w,nd->fg);
        return;
    }
    int mid=(lf+rg)>>1;
    nd->pushdown();
    if(L<=mid) modify(nd->ls,L,R,lf,mid,w);
    if(R>mid) modify(nd->rs,L,R,mid+1,rg,w);
}
void modify(int u,int v,int w)
{
    if(dep[u]<dep[v]) return;
    //不包括lca 不包括uv
    while(top[u]!=top[v]){
        if(dep[top[u]]<dep[top[v]]) swap(u,v);
        modify(rt,in[top[u]],in[u],1,n,w);
        u=anc[top[u]][0];
    }    
    if(dep[u]<dep[v]) swap(u,v);
    if(in[v]!=in[u])
        modify(rt,in[v]+1,in[u],1,n,w); 

}
int query(node *nd,int pos,int lf,int rg)
{
    if(lf==rg) return nd->fg;
    int mid=(lf+rg)>>1;
    mid=(lf+rg)>>1;
    nd->pushdown();
    if(pos<=mid) return query(nd->ls,pos,lf,mid);
    else return query(nd->rs,pos,mid+1,rg);
}
int main()
{
    memset(son,-1,sizeof(son));
    scanf("%d%d",&n,&m);
    for(int i=1;i<=m;i++){
        scanf("%d%d%d",&u[i],&v[i],&l[i]);
        adde(u[i],v[i],l[i]),adde(v[i],u[i],l[i]);
    }
    dijkstra();
    dfs1(1,1);  
    dfs2(1,1);
    rt=build(1,n);
    for(int i=1;i<=m;i++){
        int t=lca(u[i],v[i]);
        if(!mark[i*2-1]&&!mark[i*2]){
            modify(v[i],t,l[i]+dis[u[i]]+dis[v[i]]);
            modify(u[i],t,l[i]+dis[u[i]]+dis[v[i]]);
        } 
    }
    for(int i=2;i<=n;i++){
        int x=query(rt,in[i],1,n);
        if(x==inf) printf("-1\n");
        else printf("%d\n",x-dis[i]);
    }
    return 0;
}
### 树链剖分的适用场景与使用方法 树链剖分是一种高效的数据结构,用于处理树上的路径查询和修改问题。它通过将树分解为若干条不相交的链来优化复杂度,使得许多原本需要 \(O(n)\) 时间的操作可以在 \(O(\log n)\) 时间内完成[^1]。 #### 1. 树链剖分的核心思想 树链剖分的核心在于将树分割成若干条链,这些链可以拼接成树上的任意路径。常见的树链剖分方法包括重链剖分和长链剖分。其中,重链剖分是最常用的一种方法,其基本原理是:对于每个节点,选择其所有子节点中包含节点数最多的子节点作为重儿子,连接重儿子的边称为重边,由重边构成的链称为重链[^2]。 #### 2. 树链剖分的适用场景 树链剖分适用于以下场景: - **路径查询**:例如,求解树上两点之间的最大值、最小值或和等问题。 - **路径修改**:例如,对树上某条路径上的所有节点进行加法或乘法操作。 - **子树查询**:例如,求解某个节点的子树中的最大值、最小值或和等问题。 - **动态维护**:当树的结构或节点属性发生变化时,树链剖分结合线段树等数据结构可以高效地维护这些变化。 #### 3. 树链剖分的应用方法 以下是树链剖分的基本应用步骤: ```python # 树链剖分的实现示例(Python) from collections import defaultdict, deque class TreeChainDecomposition: def __init__(self, n): self.n = n self.adj = defaultdict(list) self.parent = [0] * (n + 1) self.depth = [0] * (n + 1) self.size = [0] * (n + 1) self.heavy = [0] * (n + 1) self.top = [0] * (n + 1) self.pos = [0] * (n + 1) self.rpos = [0] * (n + 1) self.cnt = 0 def add_edge(self, u, v): self.adj[u].append(v) self.adj[v].append(u) def dfs1(self, u, p): self.parent[u] = p self.size[u] = 1 max_subtree = -1 for v in self.adj[u]: if v != p: self.depth[v] = self.depth[u] + 1 self.dfs1(v, u) self.size[u] += self.size[v] if self.size[v] > max_subtree: max_subtree = self.size[v] self.heavy[u] = v def dfs2(self, u, t): self.top[u] = t self.pos[u] = self.cnt self.rpos[self.cnt] = u self.cnt += 1 if self.heavy[u] != 0: self.dfs2(self.heavy[u], t) for v in self.adj[u]: if v != self.parent[u] and v != self.heavy[u]: self.dfs2(v, v) # 示例:初始化并构建树 n = 5 tree = TreeChainDecomposition(n) edges = [(1, 2), (1, 3), (2, 4), (2, 5)] for u, v in edges: tree.add_edge(u, v) tree.dfs1(1, 0) tree.dfs2(1, 1) ``` 上述代码实现了树链剖分的基本框架,包括深度优先搜索(DFS)和重链划分。 #### 4. 实际应用案例 以 bzoj3252 为例,题目要求在树状结构中求解路径的最大价值和。这种问题可以通过树链剖分结合线段树或树状数组来解决。具体步骤如下: - 使用树链剖分将树划分为若干条链。 - 对每条链建立线段树或其他支持快速区间查询和修改的数据结构。 - 在查询或修改时,将路径拆分为若干条链,并分别在线段树上进行操作[^3]。 #### 5. 注意事项 - 树链剖分的时间复杂度通常为 \(O(n \log n)\),适合处理大规模数据。 - 在实际应用中,需要根据问题的具体需求选择合适的剖分方式(如重链剖分或长链剖分)。 - 结合其他数据结构(如线段树、树状数组)可以进一步提升效率。 ---
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