【CF343D】Water Tree(树链剖分)

本文深入探讨了树状结构的深度优先搜索(DFS)应用,通过递归分解树形结构为多个子树,实现高效的数据处理。特别地,文章详细介绍了如何利用线段树进行区间更新和查询操作,优化复杂度,适用于大规模数据处理场景。

大水题

#include<bits/stdc++.h>
const int N=500005;
using namespace std;
template<class T>
inline void read(T &x)
{
	x=0; int f=1;
	static char ch=getchar();
	while(!isdigit(ch)) {if(ch=='-') f=-1;ch=getchar();}
	while(isdigit(ch)) x=x*10+ch-'0',ch=getchar();
	x*=f;
}
int n,tot,first[N],Q;
struct Edge
{
	int to,next;
}edge[2*N];
inline void addedge(int u,int v)
{
	tot++;
	edge[tot].to=v; edge[tot].next=first[u]; first[u]=tot;
}
int father[N],size[N],maxson[N];
void dfs1(int now,int fa)
{
	father[now]=fa;
	size[now]=1;
	for(int u=first[now];u;u=edge[u].next)
	{
		int vis=edge[u].to;
		if(vis==fa)	continue;
		dfs1(vis,now);
		size[now]+=size[vis];
		if(size[vis]>size[maxson[now]])	maxson[now]=vis;
	}
}
int top[N],id[N],cnt;
void dfs2(int now,int topf)
{
	top[now]=topf;
	id[now]=++cnt;
	if(maxson[now])	dfs2(maxson[now],topf);
	for(int u=first[now];u;u=edge[u].next)
	{
		int vis=edge[u].to;
		if(vis==father[now]||vis==maxson[now])	continue;
		dfs2(vis,vis);
	}
}
struct SegMentTree
{
	int l,r,sum,f;
}tree[4*N];
inline void build(int now,int l,int r)
{
	tree[now].l=l; tree[now].r=r; tree[now].f=-1;
	if(l==r)	return;
	int mid=(l+r)>>1;
	build(now<<1,l,mid);
	build(now<<1|1,mid+1,r);
}
inline void pushdown(int now)
{
	if(tree[now].f!=-1)
	{
		int f=tree[now].f;
		tree[2*now].f=tree[2*now+1].f=f;
		tree[2*now].sum=(tree[2*now].r-tree[2*now].l+1)*f;
		tree[2*now+1].sum=(tree[2*now+1].r-tree[2*now+1].r+1)*f;
		tree[now].f=-1;
	}
}
inline void Cover(int now,int l,int r,int c)
{
	if(l<=tree[now].l&&tree[now].r<=r) 
	{
		tree[now].f=c,tree[now].sum=(tree[now].r-tree[now].l+1)*c;
		return;
	}
	pushdown(now);
	int mid=(tree[now].l+tree[now].r)>>1;
	if(l<=mid)	Cover(2*now,l,r,c);
	if(r>mid) Cover(2*now+1,l,r,c);
}
inline int Query(int now,int p)
{
	if(tree[now].l==tree[now].r)	return tree[now].sum;
	pushdown(now);
	int mid=(tree[now].l+tree[now].r)>>1,ans;
	if(p<=mid)	ans=Query(2*now,p);
	else ans=Query(2*now+1,p);
	return ans;
}
inline void Cover_Sub_Tree(int u){Cover(1,id[u],id[u]+size[u]-1,1);} 
inline void Cover_To_Root(int u)
{
	while(top[u]!=1)
	{
		Cover(1,id[top[u]],id[u],0);
		u=father[top[u]];
	}
	Cover(1,1,id[u],0);
}
int main()
{
	read(n);
	for(int i=1,u,v;i<=n-1;i++) read(u),read(v),addedge(u,v),addedge(v,u);
	dfs1(1,0); dfs2(1,1); build(1,1,n);
	read(Q);
	int opt,u;
	while(Q--)
	{
		read(opt),read(u);
		if(opt==1) Cover_Sub_Tree(u);
		if(opt==2) Cover_To_Root(u);
		if(opt==3) cout<<Query(1,id[u])<<'\n';
	}
	return 0;
}

 

在解决 [ABC133F] Colorful Tree 问题时,树链剖分是一种有效的方法。树链剖分可以将树上的路径问题转化为区间问题,结合线段树等数据结构进行高效处理。 ### 树链剖分的基本思路 树链剖分主要分为重链剖分,其核心是将树拆分成若干条不相交的链,使得任意两点之间的路径可以由 $O(\log n)$ 条链组成。具体步骤如下: 1. **求出每个节点的子树大小、重儿子等信息**:通过一次深度优先搜索(DFS),计算每个节点的子树大小 `sz[u]`,并找出每个节点的重儿子 `son[u]`。重儿子是指子树大小最大的儿子节点。 ```python # 第一次 DFS,计算子树大小和重儿子 def dfs1(u, fa): sz[u] = 1 for v in graph[u]: if v == fa: continue dep[v] = dep[u] + 1 fa[v] = u dfs1(v, u) sz[u] += sz[v] if sz[v] > sz[son[u]]: son[u] = v ``` 2. **进行链的划分**:通过第二次深度优先搜索(DFS),将树划分为若干条链,为每个节点分配一个新的编号 `id[u]`,并记录每个节点所在链的顶端节点 `top[u]`。 ```python # 第二次 DFS,划分链 def dfs2(u, t): global idx id[u] = idx idx += 1 top[u] = t if son[u]: dfs2(son[u], t) for v in graph[u]: if v == fa[u] or v == son[u]: continue dfs2(v, v) ``` ### 结合线段树处理路径修改和查询 在完成树链剖分后,对于树上的路径修改和查询问题,可以将路径拆分成若干条链,然后利用线段树对这些链对应的区间进行操作。 1. **路径修改**:对于树上两点 $u$ 和 $v$ 之间的路径修改,可以将路径拆分成若干条链,然后对每条链对应的区间进行修改。 ```python # 路径修改 def update_path(u, v, val): while top[u] != top[v]: if dep[top[u]] < dep[top[v]]: u, v = v, u update(1, 1, n, id[top[u]], id[u], val) u = fa[top[u]] if dep[u] > dep[v]: u, v = v, u update(1, 1, n, id[u], id[v], val) ``` 2. **单点查询**:对于单点查询,可以直接查询该节点对应的线段树区间的值。 ```python # 单点查询 def query_point(u): return query(1, 1, n, id[u], id[u]) ``` ### 完整代码示例 ```python n, q = map(int, input().split()) graph = [[] for _ in range(n + 1)] for _ in range(n - 1): a, b = map(int, input().split()) graph[a].append(b) graph[b].append(a) # 树链剖分相关数组 sz = [0] * (n + 1) dep = [0] * (n + 1) fa = [0] * (n + 1) son = [0] * (n + 1) id = [0] * (n + 1) top = [0] * (n + 1) idx = 1 # 线段树相关数组 tree = [0] * (4 * n) lazy = [0] * (4 * n) # 第一次 DFS,计算子树大小和重儿子 def dfs1(u, fa): sz[u] = 1 for v in graph[u]: if v == fa: continue dep[v] = dep[u] + 1 fa[v] = u dfs1(v, u) sz[u] += sz[v] if sz[v] > sz[son[u]]: son[u] = v # 第二次 DFS,划分链 def dfs2(u, t): global idx id[u] = idx idx += 1 top[u] = t if son[u]: dfs2(son[u], t) for v in graph[u]: if v == fa[u] or v == son[u]: continue dfs2(v, v) # 线段树的下推操作 def push_down(p, l, r): mid = (l + r) // 2 tree[p * 2] += lazy[p] * (mid - l + 1) tree[p * 2 + 1] += lazy[p] * (r - mid) lazy[p * 2] += lazy[p] lazy[p * 2 + 1] += lazy[p] lazy[p] = 0 # 线段树的区间修改 def update(p, l, r, ql, qr, val): if ql <= l and r <= qr: tree[p] += val * (r - l + 1) lazy[p] += val return push_down(p, l, r) mid = (l + r) // 2 if ql <= mid: update(p * 2, l, mid, ql, qr, val) if qr > mid: update(p * 2 + 1, mid + 1, r, ql, qr, val) tree[p] = tree[p * 2] + tree[p * 2 + 1] # 线段树的单点查询 def query(p, l, r, ql, qr): if ql <= l and r <= qr: return tree[p] push_down(p, l, r) mid = (l + r) // 2 res = 0 if ql <= mid: res += query(p * 2, l, mid, ql, qr) if qr > mid: res += query(p * 2 + 1, mid + 1, r, ql, qr) return res # 路径修改 def update_path(u, v, val): while top[u] != top[v]: if dep[top[u]] < dep[top[v]]: u, v = v, u update(1, 1, n, id[top[u]], id[u], val) u = fa[top[u]] if dep[u] > dep[v]: u, v = v, u update(1, 1, n, id[u], id[v], val) # 单点查询 def query_point(u): return query(1, 1, n, id[u], id[u]) # 初始化树链剖分 dfs1(1, 0) dfs2(1, 1) # 处理操作 for _ in range(q): a, b, c, d = map(int, input().split()) update_path(a, b, 1) update_path(c, d, 1) ans = 0 for i in range(1, n + 1): ans = max(ans, query_point(i)) print(ans) ``` ### 复杂度分析 - **时间复杂度**:树链剖分的预处理时间复杂度为 $O(n)$,每次路径修改和单点查询的时间复杂度为 $O(\log^2 n)$。 - **空间复杂度**:主要用于存储树链剖分和线段树的相关信息,空间复杂度为 $O(n)$。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值