洛谷 P3302 [SDOI2013]森林 可持久化线段树+lca

本文介绍了一种解决在线查询问题的方法,通过结合并查集和数据结构如主席树、线段树等来处理森林中节点间的连通性和权值查询。文章详细描述了算法流程,并提供了完整的代码实现。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

题目描述

小Z有一片森林,含有N个节点,每个节点上都有一个非负整数作为权值。初始的时候,森林中有M条边。

小Z希望执行T个操作,操作有两类:

Q x y k查询点x到点y路径上所有的权值中,第k小的权值是多少。此操作保证点x和点y连通,同时这两个节点的路径上至少有k个点。
L x y在点x和点y之间连接一条边。保证完成此操作后,仍然是一片森林。
为了体现程序的在线性,我们把输入数据进行了加密。设lastans为程序上一次输出的结果,初始的时候lastans为0。

对于一个输入的操作Q x y k,其真实操作为Q x^lastans y^lastans k^lastans。
对于一个输入的操作L x y,其真实操作为L x^lastans y^lastans。其中^运算符表示异或,等价于pascal中的xor运算符。
请写一个程序來帮助小Z完成这些操作。

对于所有的数据,n,m,T<= 8*10^48∗10
4
.

输入输出格式

输入格式:
第一行包含一个正整数testcase,表示当前测试数据的测试点编号。保证1<=testcase<=20。

第二行包含三个整数N,M,T,分别表示节点数、初始边数、操作数。

第三行包含N个非负整数表示 N个节点上的权值。

接下来 M行,每行包含两个整数x和 y,表示初始的时候,点x和点y 之间有一条无向边。

接下来 T行,每行描述一个操作,格式为”Q x y k“或者”L x y “,其含义见题目描述部分。

输出格式:
对于每一个第一类操作,输出一个非负整数表示答案。

输入输出样例

输入样例#1:
1
8 4 8
1 1 2 2 3 3 4 4
4 7
1 8
2 4
2 1
Q 8 7 3
Q 3 5 1
Q 10 0 0
L 5 4
L 3 2
L 0 7
Q 9 2 5
Q 6 1 6
输出样例#1:
2
2
1
4
2
说明

对于第一个操作 Q 8 7 3,此时 lastans=0,所以真实操作为Q 8^0 7^0 3^0,也即Q 8 7 3。点8到点7的路径上一共有5个点,其权值为4 1 1 2 4。
这些权值中,第三小的为 2,输出 2,lastans变为2。

对于第二个操作 Q 3 5 1 ,此时lastans=2,所以真实操作为Q 3^2 5^2 1^2 ,也即Q 1 7 3。点1到点7的路径上一共有4个点,其权值为 1 1 2 4 。
这些权值中,第三小的为2,输出2,lastans变为 2。之后的操作类似。

分析:求链上的第k大,一般可以先用主席树搞一下,发现要连边,又不用断,启发合并就可以了。可以看做每次联通块的大小至少可以增加一倍,暴力重构小的块就可以了。每个节点建一棵线段树,这棵树相当于从父亲节点加上当前节点权值这条链。

代码:
6060分,莫名RE好烦啊

// luogu-judger-enable-o2
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cmath>
#include <algorithm>

const int maxn=8e4+7;

using namespace std;

int last_ans=0,n,m,test,x,y,cnt,k;
int rank[maxn],ls[maxn],f[maxn][16];
int p[maxn],size[maxn],dep[maxn];
int root[maxn];

struct edge{
    int y,next;
}g[maxn*2];

struct rec{
    int x,num;
}a[maxn];

struct node{
    int l,r,data;
}t[maxn*100];

bool cmp(rec x,rec y)
{
    return x.x<y.x;
}

void add(int x,int y)
{
    g[++cnt]=(edge){y,ls[x]};
    ls[x]=cnt;
    g[++cnt]=(edge){x,ls[y]};
    ls[y]=cnt;
}

int find(int x)
{
    int y=x,root;
    while (p[x]!=0)
    {
        x=p[x];
    }
    root=x;
    x=y;
    while (p[x]!=0)
    {
        y=p[x];
        p[x]=root;
        x=y;
    }
    return root;
}

void uni(int x,int y)
{
    int u=find(x);
    int v=find(y);
    p[v]=u;
}

void ins(int &p,int q,int l,int r,int k)
{
    if (p==0) p=++cnt;
    if (l==r)
    {
        t[p].data=1;
        return;
    }
    int mid=(l+r)/2;
    if (k<=mid)
    {
        t[p].r=t[q].r;
        ins(t[p].l,t[q].l,l,mid,k);
    }
    else
    {
        t[p].l=t[q].l;
        ins(t[p].r,t[q].r,mid+1,r,k);
    }
    t[p].data=t[t[p].l].data+t[t[p].r].data;
}

int getsum(int p,int q,int a,int b,int l,int r,int k)
{
    if (l==r) return l;
    int sum=t[t[p].l].data+t[t[q].l].data-t[t[a].l].data-t[t[b].l].data;
    int mid=(l+r)/2;
    if (sum>=k) return getsum(t[p].l,t[q].l,t[a].l,t[b].l,l,mid,k);
           else return getsum(t[p].r,t[q].r,t[a].r,t[b].r,mid+1,r,k-sum);
}

void dfs(int x,int fa)
{
    size[x]=1;
    dep[x]=dep[fa]+1;
    f[x][0]=fa;
    for (int j=1;j<16;j++) f[x][j]=f[f[x][j-1]][j-1];
    ins(root[x],root[fa],0,maxn,rank[x]);
    for (int i=ls[x];i>0;i=g[i].next)
    {
        int y=g[i].y;
        if (y==fa) continue;
        dfs(y,x);
        size[x]+=size[y];
    }
}

int lca(int x,int y)
{
    if (dep[x]>dep[y]) swap(x,y);
    int c=15,k=dep[y]-dep[x];
    while (c>=0)
    {
        if (k>=1<<c) y=f[y][c],k-=1<<c;
        c--;
    }
    c=15;
    if (y==x) return x;
    while (c>=0)
    {
        if (f[x][c]!=f[y][c]) x=f[x][c],y=f[y][c];
        c--;
    }
    return f[x][0];
}

int main()
{
    scanf("%d",&n);
    scanf("%d%d%d",&n,&m,&test);
    for (int i=1;i<=n;i++)
    {
        scanf("%d",&a[i].x);
        a[i].num=i;
    }
    sort(a+1,a+n+1,cmp);
    for (int i=1;i<=n;i++) rank[a[i].num]=i;
    for (int i=1;i<=m;i++) 
    {
        scanf("%d%d",&x,&y);

        add(x,y);
        uni(x,y);
    }
    cnt=0;      
    for (int i=1;i<=n;i++)
    {
        if (p[i]==0)
        {
            dfs(i,0);
        }
    }
    char ch[1];     
    for (int i=1;i<=test;i++)
    {   
        scanf("%s",ch);
        if (ch[0]=='L')
        {
            scanf("%d%d",&x,&y);
            x^=last_ans;
            y^=last_ans;
            int u=find(x),v=find(y);
            if (size[u]<size[v]) swap(x,y),swap(u,v);
            uni(u,v);
            size[u]+=size[v];
            dfs(y,x);
        }
        else
        {
            scanf("%d%d%d",&x,&y,&k);
            x^=last_ans;
            y^=last_ans;
            k^=last_ans;
            int d=lca(x,y);
            int c=getsum(root[x],root[y],root[d],root[f[d][0]],0,maxn,k);       
            last_ans=a[c].x;
            printf("%d\n",last_ans);
        }
    }
}

100100分:

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#define N 200005  
using namespace std;

int n,m,q,tot,cnt,last[N],dep[N],fa[N][20],size[N],f[N],root[N],val[N];
struct tree{int l,r,s;}t[N*100];
struct edge{int to,next;}e[N*2];

void addedge(int u,int v)
{
    e[++cnt].to=v;e[cnt].next=last[u];last[u]=cnt;
    e[++cnt].to=u;e[cnt].next=last[v];last[v]=cnt;
}

void updata(int d)
{
    t[d].s=t[t[d].l].s+t[t[d].r].s;
}

void insert(int &d,int p,int l,int r,int x)
{
    d=++tot;
    t[d].s=t[p].s;
    if (l==r)
    {
        t[d].s++;
        return;
    }
    t[d].l=t[p].l;
    t[d].r=t[p].r;
    int mid=(l+r)/2;
    if (x<=mid) insert(t[d].l,t[p].l,l,mid,x);
    else insert(t[d].r,t[p].r,mid+1,r,x);
    updata(d);
}

void dfs(int x)
{
    for (int i=1;i<=16;i++)
        fa[x][i]=0;
    for (int i=1;i<=16;i++)
        fa[x][i]=fa[fa[x][i-1]][i-1];
    insert(root[x],root[fa[x][0]],0,1000000000,val[x]);
    for (int i=last[x];i;i=e[i].next)
    {
        if (e[i].to==fa[x][0]) continue;
        dep[e[i].to]=dep[x]+1;
        fa[e[i].to][0]=x;
        dfs(e[i].to);
    }
}

int getlca(int x,int y)
{
    if (dep[x]<dep[y]) swap(x,y);
    for (int i=16;i>=0;i--)
        if (dep[fa[x][i]]>=dep[y]) x=fa[x][i];
    if (x==y) return x;
    for (int i=16;i>=0;i--)
        if (fa[x][i]!=fa[y][i])
        {
            x=fa[x][i];y=fa[y][i];
        }
    return fa[x][0];
}

int getf(int x)
{
    if (f[x]==x) return x;
    f[x]=getf(f[x]);
    return f[x];
}

int solveQ(int r1,int r2,int r3,int r4,int l,int r,int k)
{
    if (l==r) return l;
    int mid=(l+r)/2;
    int s=t[t[r1].l].s+t[t[r2].l].s-t[t[r3].l].s-t[t[r4].l].s;
    if (s>=k) return solveQ(t[r1].l,t[r2].l,t[r3].l,t[r4].l,l,mid,k);
    else return solveQ(t[r1].r,t[r2].r,t[r3].r,t[r4].r,mid+1,r,k-s);
}

int query(int x,int y,int z)
{
    int lca=getlca(x,y);
    return solveQ(root[x],root[y],root[lca],root[fa[lca][0]],0,1000000000,z);
}

void link(int x,int y)
{
    addedge(x,y);
    int rx=getf(x),ry=getf(y);
    if (size[rx]<size[ry])
    {
        size[ry]+=size[rx];
        f[rx]=ry;
        fa[x][0]=y;
        dep[x]=dep[y]+1;
        dfs(x);
    }else
    {
        size[rx]+=size[ry];
        f[ry]=rx;
        fa[y][0]=x;
        dep[y]=dep[x]+1;
        dfs(y);
    }
}

int main()
{ 
    int x;
    scanf("%d",&x);
    scanf("%d%d%d",&n,&m,&q);
    for (int i=1;i<=n;i++)
    {
        scanf("%d",&val[i]);
        size[i]=1;
        f[i]=i;
    }
    for (int i=1;i<=m;i++)
    {
        int x,y;
        scanf("%d%d",&x,&y);
        size[getf(x)]+=size[getf(y)];
        f[getf(x)]=getf(y);
        addedge(x,y);
    }
    for (int i=1;i<=n;i++)
        if (!fa[i][0]) 
        {
            dep[i]=1;
            dfs(i);
        }
    int lastans=0;
    for (int i=1;i<=q;i++)
    {
        char ch[1];
        scanf("%s",ch);
        if (ch[0]=='Q')
        {
            int x,y,z;
            scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);
            x^=lastans;y^=lastans;z^=lastans;
            lastans=query(x,y,z);
            printf("%d\n",lastans);
        }else
        {
            int x,y;
            scanf("%d%d",&x,&y);
            x^=lastans;y^=lastans;
            link(x,y);
        }
    }
    return 0;
}
<think>我们注意到用户查询中提到了"Kru重构树",但根据常见的计算机科学术语,这可能是指"Kruskal重构树"(Kruskal Reconstruction Tree),这是一种基于Kruskal最小生成树算法的扩展数据结构。然而,用户输入中写的是"Kru重构树",可能是拼写错误或简写。在中文语境中,Kruskal算法通常被音译为"克鲁斯卡尔"算法,其重构树也常被称为"Kruskal重构树"。 因此,我们将围绕Kruskal重构树进行回答。Kruskal重构树是Kruskal算法在执行过程中构建的一棵二叉树,它不仅可以用于求解最小生成树,还可以用于解决一些图上的路径查询问题,特别是瓶颈边问题。 ### Kruskal重构树 #### 基本概念 Kruskal重构树是在执行Kruskal算法时构建的一棵二叉树。在Kruskal算法中,我们按边权从小到大的顺序考虑边,如果加入该边不会形成环,则加入该边。在重构树中,我们将每次加入的边转化为一个节点,并将该边连接的两个连通分量的根节点作为该新节点的左右子节点。这样,原图中的节点成为叶子节点,而内部节点则对应加入的边。 重构树具有以下性质: 1. 二叉树,每个内部节点有两个子节点。 2. 叶子节点对应原图的节点,内部节点对应加入的边。 3. 重构树的点数为$2n-1$,其中$n$是原图节点数。 4. 从叶子节点到根的路径上,节点的边权(即内部节点对应的边权)是递增的(如果按最小生成树的方式构建,则是递增的;如果是按最大生成树,则是递减的)。 5. 原图中两个节点$u$和$v$之间的路径上的最大边权(或最小边权,取决于构建方式)等于重构树上$u$和$v$的最近公共祖先(LCA)对应的边权。 #### 构建过程 1. 初始化:将每个节点视为一个独立的连通块,并为每个连通块创建一个树节点(叶子节点)。 2. 对边按权值从小到大排序(最小生成树情况)。 3. 遍历每条边: - 如果当前边连接的两个连通块不在同一个连通块中,则: - 创建一个新的内部节点,其权值为当前边的权值。 - 将两个连通块的根节点作为新节点的左右子节点。 - 将新节点设为合并后连通块的根节点。 4. 最终得到的树就是Kruskal重构树。 #### 应用场景 1. **最小瓶颈路**:在重构树中,任意两点$u$和$v$的最小瓶颈路(即路径上最大边权最小的路径)的最大边权等于它们在重构树中LCA的权值。因此,我们可以通过LCA快速查询任意两点间的最小瓶颈路的最大边权。 2. **从某个点出发经过边权不超过$w$的边能到达的节点**:在重构树中,从叶子节点$u$向上跳到权值不超过$w$的最远的祖先节点,则该祖先节点的子树中所有叶子节点就是$u$能到达的节点(因为子树中任意节点与$u$的路径上的最大边权都不超过$w$)。 3. **结合其他数据结构**:重构树可以与其他数据结构(如树链剖分、倍增、可持久化线段树等)结合,解决更多复杂问题。 #### 示例代码(构建Kruskal重构树) ```python class Node: def __init__(self, weight, left=None, right=None): self.weight = weight # 对于叶子节点,weight可以设为0,或者不存储;内部节点存储边权 self.left = left self.right = right def kruskal_tree(n, edges): # 初始化:每个节点是一个连通块,并创建一个叶子节点 parent = [i for i in range(2*n-1)] # 重构树节点数最多为2n-1 nodes = [None] * (2*n-1) # 初始化叶子节点,可以没有权值,或者用0 for i in range(n): nodes[i] = Node(0) # 按边权排序(最小生成树) edges.sort(key=lambda x: x[2]) # 并查集初始化 fa = list(range(2*n-1)) # 并查集父节点 def find(x): if fa[x] != x: fa[x] = find(fa[x]) return fa[x] # 当前新节点创建位置 idx = n # 当前可用的新节点索引,从n开始(0到n-1是叶子节点) # 遍历边 for u, v, w in edges: fu = find(u) fv = find(v) if fu != fv: # 创建新节点 new_node = Node(w, nodes[fu], nodes[fv]) nodes[idx] = new_node # 合并并查集 fa[fu] = idx fa[fv] = idx fa[idx] = idx # 自己作为根 idx += 1 if idx == 2*n-1: break # 根节点是最后一个创建的内部节点 root = nodes[idx-1] return root ``` 注意:上述代码中,我们假设原图的节点编号为0到n-1,内部节点从n开始编号。并查集用于维护连通性,同时记录每个连通块的根节点在重构树中的节点。 §§相关问题§§ 1. Kruskal重构树与最小生成树有什么关系? 2. 如何利用Kruskal重构树查询两点间的最小瓶颈路? 3. Kruskal重构树在哪些算法竞赛题目中有应用? 4. 除了Kruskal重构树,还有哪些重构树(如Prim重构树)?它们有何不同?</think>### Kruskal重构树详解 Kruskal重构树是基于Kruskal最小生成树算法扩展的一种数据结构,主要用于高效解决图上路径查询问题。下面从算法原理、数据结构和应用场景三个维度详细说明。 #### 一、算法原理 1. **基础Kruskal算法** 在构建最小生成树(MST)时,按边权从小到大遍历边: - 若边连接两个不同连通块,则加入MST - 使用并查集维护连通性 2. **重构过程** 在Kruskal算法基础上进行扩展: - 当合并连通块$A$和$B$时 - 创建新节点$u$,权值为当前边权$w$ - 将$A$和$B$的根节点设为$u$的子节点 $$ \text{重构树节点} = (A_{root}, B_{root}, w) $$ - 最终形成二叉树结构,叶子节点为原图顶点 #### 二、数据结构特性 1. **树结构性质**: - 叶子节点:原图的$n$个顶点 - 内部节点:$n-1$个合并操作节点 - 总节点数:$2n-1$ - 满足堆性质:从叶到根路径上节点权值单调递增(最小生成树情况) 2. **关键操作**: ```python def kruskal_tree(n, edges): parent = list(range(2*n-1)) # 并查集 tree = [None] * (2*n-1) # 重构树存储 # 初始化叶子节点 for i in range(n): tree[i] = {'val': 0, 'left': None, 'right': None} edges.sort(key=lambda x: x[2]) # 按边权排序 idx = n # 新节点索引 for u, v, w in edges: fu = find(u, parent) # 并查查找 fv = find(v, parent) if fu != fv: # 创建新节点 tree[idx] = {'val': w, 'left': fu, 'right': fv} parent[fu] = parent[fv] = idx idx += 1 return tree ``` #### 三、应用场景 1. **最小瓶颈路查询** 查询两点间路径的最大边权最小值: $$ \text{max\_min\_edge}(u,v) = \text{LCA}(u,v)\text{.val} $$ 时间复杂度:$O(\log n)$(使用倍增LCA) 2. **连通性分析** 给定边权阈值$w$,快速判断: - 两点是否可通过边权$≤w$的路径连通 - 从某点出发能到达的连通区域(子树查询) 3. **网络可靠性设计** 在通信网络中优化基站部署: - 重构树根节点对应关键连接边 - 识别网络脆弱点(权值高的内部节点) 4. **竞赛题目应用** 典型问题类型: - 求图中两点间所有路径的最大边权最小值 - 动态加边过程中的连通块管理 - 结合树链剖分的路径统计问题 > **示例**:城市道路规划中,用重构树可快速查询任意两居民区之间的最差路况(路径上最破旧的道路质量),辅助制定道路维修优先级[^1]。 #### 四、优势与局限 | 优势 | 局限 | |------|------| | 将图问题转化为树问题 | 仅适用于无向图 | | 支持高效LCA查询 | 需预计算$O(m\log m)$ | | 直观反映连通关系 | 空间开销$O(n)$ |
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