bzoj 2243 [SDOI2011]染色 树链剖分区间更新

树链剖分与线段树应用
本文介绍了一种结合树链剖分与线段树的数据结构算法,用于高效处理区间更新及查询操作。通过将树状结构分解为链,并利用线段树维护链上的信息,实现对路径上节点属性的快速修改与统计。

树链剖分加线段树区间更新
线段树处理是模板形,重点是树链的合并
记录路径所经过的每条链的起始点和终点和他们此时的颜色
然后将记录的点扫一遍如果它与父亲在这条路径上且不在同一条链且颜色相同结果减一

#include<cstdio>
#include<algorithm>
#include<iostream>
#include<cstring>
#include<stack>
#define lson i<<1
#define rson (i<<1)+1
#define maxn 100005
using namespace std;
int n,m;
int son[maxn],prin[maxn],top[maxn],deep[maxn],fa[maxn],siz[maxn],ha[maxn];

int last[maxn*2],Link[maxn*2],fron[maxn*2],edgel;

int sum[maxn*4],lco[maxn*4],rco[maxn*4],l,va[maxn];

int flag[maxn],preLco,preRco;

int st[maxn];

void add(int a,int b)
{
     Link[edgel] = b;
     fron[edgel] = last[a];
     last[a] = edgel;
     edgel++;
}
void dfs(int pre)
{
    son[pre] = 0,siz[pre] = 1;
    for(int i=last[pre];i!=-1;i=fron[i])
        if(fa[pre]!=Link[i])
        {
           fa[Link[i]] = pre;
           deep[Link[i]] = deep[pre]+1;
           dfs(Link[i]);
           if(siz[Link[i]]>siz[son[pre]])son[pre] = Link[i];
           siz[pre]+=siz[Link[i]];
        }
}
void dfs2(int pre,int root)
{
     top[pre] = root;
     ha[pre] = ++l;
     va[l] = prin[pre];
     if(son[pre])dfs2(son[pre],root);
     for(int i=last[pre];i!=-1;i=fron[i])
         if(Link[i]!=son[pre]&&Link[i]!=fa[pre])dfs2(Link[i],Link[i]);
}
void build(int i,int l,int r)
{
     if(l==r)
     {
         sum[i] = 1;
         lco[i] = va[l];
         rco[i] = va[l];
         return ;
     }
     int mid = (l+r)/2;
     build(lson,l,mid);
     build(rson,mid+1,r);
     sum[i] = sum[lson]+sum[rson];
     if(rco[lson]==lco[rson])sum[i]--;
     lco[i] = lco[lson];
     rco[i] = rco[rson];
}
void pushUp(int i)
{
     sum[i] = sum[lson]+sum[rson];
     if(rco[lson]==lco[rson])sum[i]--;
     lco[i] = lco[lson];
     rco[i] = rco[rson];
}
void pushDown(int i)
{
     if(sum[i]==1)
     {
         sum[lson] = 1;
         sum[rson] = 1;
         lco[lson] = lco[i];
         lco[rson] = lco[i];
         rco[lson] = lco[i];
         rco[rson] = lco[i];
     }
}
void update(int i,int l,int r,int L,int R,int c)
{
     if(l==L&&r==R)
     {
         sum[i] = 1;
         lco[i] = c;
         rco[i] = c;
         return ;
     }
     pushDown(i);
     int mid = (l+r)/2;
     if(R<=mid)update(lson,l,mid,L,R,c);
     else if(L>mid)update(rson,mid+1,r,L,R,c);
     else {
        update(lson,l,mid,L,mid,c);
        update(rson,mid+1,r,mid+1,R,c);
     }
     pushUp(i);
}
int query(int i,int l,int r,int L,int R,int L1,int R1)
{
    if(l==L&&r==R)
    {
        if(l==L1)preLco = lco[i];
        if(r==R1)preRco = rco[i];
        return sum[i];
    }
    pushDown(i);
    int mid = (l+r)/2;
    if(R<=mid)return query(lson,l,mid,L,R,L1,R1);
    else if(L>mid)return query(rson,mid+1,r,L,R,L1,R1);
    else {
           int tmp = query(lson,l,mid,L,mid,L1,R1)+query(rson,mid+1,r,mid+1,R,L1,R1);
           if(rco[lson]==lco[rson])tmp--;
           return tmp;
    }
}
void change(int a,int b,int c)
{
    int faa = top[a],fab = top[b];
    while(faa!=fab)
    {
        if(deep[faa]<deep[fab])
        {
            swap(faa,fab);
            swap(a,b);
        }
        update(1,1,l,ha[faa],ha[a],c);
        a = fa[faa];
        faa = top[a];
    }
    if(deep[a]<deep[b])swap(a,b);
    update(1,1,l,ha[b],ha[a],c);
}
int find(int a,int b)
{
     int faa = top[a],fab = top[b],ans = 0,l1 = 0;
     while(faa!=fab)
     {
        if(deep[faa]<deep[fab])
        {
            swap(faa,fab);
            swap(a,b);
        }
        ans+=query(1,1,l,ha[faa],ha[a],ha[faa],ha[a]);
        st[l1] = faa;
        l1++;
        if(faa!=a)
        {
            st[l1] = a;
            l1++;
        }
        flag[faa] = preLco;
        flag[a] = preRco;
        a = fa[faa];
        faa = top[a];
     }
    if(deep[a]<deep[b])swap(a,b);
    ans+=query(1,1,l,ha[b],ha[a],ha[b],ha[a]);
    st[l1] = b;
    l1++;
    if(b!=a)
    {
        st[l1] = a;
        l1++;
    }
    flag[b] = preLco;
    flag[a] = preRco;
    for(int i=0;i<l1;i++)
    {
        int pre = st[i];
        if(flag[pre]==flag[fa[pre]]&&top[pre]!=top[fa[pre]])ans--;
    }
    for(int i=0;i<l1;i++)flag[st[i]] = -1;
    return ans;
}
int main()
{
    scanf("%d %d",&n,&m);
    memset(last,-1,sizeof(last));
    memset(flag,-1,sizeof(flag));
    l = 0,edgel = 0;
    fa[1] = 0;deep[1] = 1;
    for(int i=1;i<=n;i++)scanf("%d",&prin[i]);
    for(int i=1;i<n;i++)
    {
        int a,b;
        scanf("%d %d",&a,&b);
        add(a,b);
        add(b,a);
    }
    dfs(1);
    dfs2(1,1);
    build(1,1,l);
    while(m--)
    {
        char s[5];
        int a,b,c;
        scanf("%s",s);
        if(s[0]=='Q')
        {
            scanf("%d %d",&a,&b);
            printf("%d\n",find(a,b));
        }
        else {
            scanf("%d %d %d",&a,&b,&c);
            change(a,b,c);
        }
    }
    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,用于处理上的路径查询和修改问题。它通过将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分割成若干条链,这些链可以拼接成上的任意路径。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,求解上两点之间的最大值、最小值或和等问题。 - **路径修改**:例如,对上某条路径上的所有节点进行加法或乘法操作。 - **子查询**:例如,求解某个节点的子中的最大值、最小值或和等问题。 - **动态维护**:当的结构或节点属性发生变化时,树链剖分结合线段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 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状数组来解决。具体步骤如下: - 使用树链剖分划分为若干条链。 - 对每条链建立线段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(如线段状数组)可以进一步提升效率。 ---
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