LCA-祖孙问询

给定一棵包含 nn 个节点的有根无向树，节点编号互不相同，但不一定是 1∼n1∼n。

有 mm 个询问，每个询问给出了一对节点的编号 xx 和 yy，询问 xx 与 yy 的祖孙关系。

输入格式

输入第一行包括一个整数 表示节点个数；

接下来 nn 行每行一对整数 aa 和 bb，表示 aa 和 bb 之间有一条无向边。如果 bb 是 −1−1，那么 aa 就是树的根；

第 n+2n+2 行是一个整数 mm 表示询问个数；

接下来 mm 行，每行两个不同的正整数 xx 和 yy，表示一个询问。

输出格式

对于每一个询问，若 xx 是 yy 的祖先则输出 11，若 yy 是 xx 的祖先则输出 22，否则输出 00。

数据范围

1≤n,m≤4×1041≤n,m≤4×104,
1≤每个节点的编号≤4×1041≤每个节点的编号≤4×104

输入样例：

10
234 -1
12 234
13 234
14 234
15 234
16 234
17 234
18 234
19 234
233 19
5
234 233
233 12
233 13
233 15
233 19

输出样例：

1
0
0
0
2

倍增LCA

1. 向上标记法 O(n), 先遍历一个点所有的祖先节点=>存储在一个数组中，遍历另一个点的祖先节点，第一个碰到的节点就是LCA

2. 倍增 fa[i,j]表示从i开始，向上走2^j步所能走到的节点， 0<=j<=logn, 类似于rmq中的st表；depth[i] 表示深度;

     哨兵：如果从i开始2^j会跳过根节点，那么fa[i,j]= 0, depth[0] = 0;

   1. 先将俩个点跳到同一层，深的向上跳，用倍增跳, O(logn)

   2. 让两个点同时往上跳，碰到了就结束！ log(n)

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// Created by Martin on 2025/5/31.
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#include <iostream>
#include <climits>
#include <algorithm>
#include <queue>
using namespace std;
const int N = 4e4 + 10, M = N << 1;
struct Edge {
    int to, next;
} edge[M];
int n, m, idx;
int head[N];  // head[u]表示以u为起点的第一/上一条边的编号
int depth[N], fa[N][16];
int q[N];
bool vis[N];
void add(int a, int b) {  // a->b
    edge[idx].to = b, edge[idx].next = head[a], head[a] = idx++;
}
// 利用宽搜初始化depth[] fa[][]数组
void bfs(int root) {
    fill(depth, depth + N, INT_MAX);
    depth[0] = 0, depth[root] = 1;
    int hh = 0, tt = 0;
    q[0] = root;
    while (hh <= tt) {
        int t = q[hh++];  // 弹出队列的第一个节点
        for (int i = head[t]; ~i; i = edge[i].next) {
            int j = edge[i].to;
            if (depth[j] > depth[t] + 1) {
                depth[j] = depth[t] + 1;
                q[++tt] = j;
                fa[j][0] = t;  // j跳 2^0 1次 到t
                for (int k = 1; k <= 15; k++) {
                    fa[j][k] = fa[fa[j][k - 1]][k - 1];
                }
            }
        }
    }
}

int lca(int a, int b) {
    if (depth[a] < depth[b]) swap(a, b);
    // 跳到同一层, 用2进制可以模拟出任何数字，例如27 11011
    for (int k = 15; k >= 0; k--) {
        if (depth[fa[a][k]] >= depth[b]) {  // 接着向上跳， depth[0] = 0， fa[a][15]; 哨兵
            a = fa[a][k];
        }
    }
    if (a == b) return a;  // 相遇就是lca
    for (int k = 15; k >= 0; k--) {
        if (fa[a][k] != fa[b][k]) {  // 不等于说明还没跳到公共祖先，目前处于在最近公共祖先的下面
            a = fa[a][k]; b = fa[b][k];
        }
        else {} // 如果相等，说明到了公共祖先，但不一定是最近的，换小k试试，如果小k不行，那么就是a
    }
    return fa[a][0];
}


int main() {
    scanf("%d", &n);
    // 初始化根节点， head-1
    int root = 0;
    fill(head, head + N, -1);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        int a, b;  // 输入n-1条边
        scanf("%d%d", &a, &b);
        if (b == -1) root = a;
        else add(a, b), add(b, a);
    }

    bfs(root);
    scanf("%d", &m);
    while (m--) {
        int a, b;
        scanf("%d%d", &a, &b);
        int p = lca(a, b);
        if (p == a) puts("1");
        else if (p == b) puts("2");
        else puts("0");
    }
    return 0;
}