【BZOJ3631】[JLOI2014]松鼠的新家 树链剖分

本文介绍了如何使用树链剖分和线段树懒标记技术解决树状结构中路径上节点权重累加的问题,具体通过[CJOI2014]松鼠的新家实例详细阐述了算法实现过程。

一眼看去,就是树链剖分无差了!!!

松鼠的新家是一棵树。我们要求出每一个房间被访问的次数,也就是我们要在每一次从一个房间出发到达另一个房间的过程中对于路径上的节点权值进行+1操作。

用线段树+lazy标记维护点权。

树链剖分部分请参看【算法杂谈_02】树链剖分

[JLOI2014]松鼠的新家 C++代码:

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
#define lson pos<<1
#define rson pos<<1|1
#define N 300005
int n,a[N],ans[N];
int cnt,head[N],next[2*N],to[2*N];
int now,size[N],deep[N],fa[N],son[N],p_id[N],id_p[N],top[N];
int f[4*N];
void add(int x,int y)
{
	to[++cnt]=y;
	next[cnt]=head[x];
	head[x]=cnt;
}
void dfs(int x,int d)
{
	size[x]=1;deep[x]=d;
	for(int y,i=head[x];i;i=next[i])
		if((y=to[i])!=fa[x])
		{
			fa[y]=x;
			dfs(y,d+1);
			if(size[y]>size[son[x]])
				son[x]=y;
			size[x]+=size[y];
		}
}
void create(int x,int d)
{
	p_id[x]=++now;id_p[now]=x;
	id_p[now]=x;
	top[x]=d;
	if(son[x])
		create(son[x],d);
	for(int y,i=head[x];i;i=next[i])
		if((y=to[i])!=fa[x]&&y!=son[x])
			create(y,y);
}
void lazy(int pos)
{
	f[lson]+=f[pos];
	f[rson]+=f[pos];
	f[pos]=0;
}
void fix(int pos,int l,int r,int x,int y)
{
	if(x<=l&&r<=y){ f[pos]++; return; }
	if(f[pos]) lazy(pos);
	int mid=(l+r)>>1;
	if(y<=mid)
		fix(lson,l,mid,x,y);
	else if(x>mid)
		fix(rson,mid+1,r,x,y);
	else
		fix(lson,l,mid,x,y),
		fix(rson,mid+1,r,x,y);
}
void getans(int pos,int l,int r)
{
	if(l==r){ ans[id_p[l]]=f[pos]; return; }
	if(f[pos]) lazy(pos);
	int mid=(l+r)>>1;
	getans(lson,l,mid);
	getans(rson,mid+1,r);
}
void work(int x,int y)
{
	int f1=top[x],f2=top[y];
	while(f1!=f2)
	{
		if(deep[f1]<deep[f2])
			swap(x,y),swap(f1,f2);
		fix(1,1,n,p_id[f1],p_id[x]);
		x=fa[f1];
		f1=top[x];
	}
	if(deep[x]>deep[y])
		swap(x,y);
	fix(1,1,n,p_id[x],p_id[y]);
}
int main()
{
	cin>>n;
	for(int i=1;i<=n;i++)
		scanf("%d",&a[i]);
	for(int x,y,i=1;i<n;i++)
		scanf("%d%d",&x,&y),
		add(x,y),add(y,x);
	dfs(1,1);
	create(1,1);
	for(int i=2;i<=n;i++)
		work(a[i],a[i-1]);
	getans(1,1,n);
	for(int i=1;i<=n;i++)
		printf("%d\n",i==a[1]?ans[i]:ans[i]-1);
	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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