P1801 黑匣子 题解

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这道题算法是二叉平衡树,要想做此题,我们要先了解一下二叉平衡树

要想了解二叉平衡树,我们要从二叉排序树说起:

二叉排序树

二叉排序树又称二叉搜索树、二叉查找树 BST

性质如下:

  1. 空树为二叉排序树
  2. 若二叉排序树的左子树不为空,则左子树上所有节点的权值都小于根节点的权值
  3. 若二叉排序树的右子树不为空,则右子树上所有节点的权值都大于根节点的权值
  4. 二叉排序树的左右子树均为二叉排序树

退化:如果建树的元素均为有序,退化成链式的结构。

二叉排序树单次查找复杂度O(logn),退化成链式的结构时为O(n)

为了防止二叉排序树退化,我们创造了一种数据结构——二叉平衡树

二叉平衡树有如下几种方式:

  • 替罪羊树
  • Treap树
  • Splay树
  • AVL树
  • 红黑树
  • SBT树

这里我们讲解Treap树

Treap树

Tree + Heap 。满足二叉排序树与二叉堆的两种性质。

树堆(Treap)

核心思想:用优先级来维护二叉树的平衡性。

应用:维护序列,元素的定位。修改、删除穿插在查询中。

  • 寻找名次
  • 确定<x的最大值
  • 确定>x的最小值

Treap树的操作基于 "键值"+"优先级"。

优先级:赋予节点一个随机的优先级。

键值:二叉排序树 优先级:二叉堆

对于任意的一组节点:fa父节点,ls左孩子节点,rs右孩子节,满足特性:

  1. 键值满足二叉排序树特征:ls.val<fa.val<rs.val
  2. 优先级满足二叉堆特征:fa.pri>max(ls.pri,rs.pri)

重要性质:若每个节点的键值、优先级提前确定好,那么构成的BST的形态唯一,与插入顺序无关。

Treap单次操作复杂度为O(logn),n次为O(nlogn)

旋转法维护平衡树

平衡树旋转

左旋:

  1. 将k作为根节点
  2. 将x作为k的左孩子
  3. 将k的的左孩子称为x的右孩子

右旋:

  1. 将k作为新的根节点
  2. 将x作为k的右孩子
  3. 将原来k的右孩子作为x的左孩子

代码实现:

struct node{
	int val;//键值
	int pri;//优先级
	int size;//节点信息 
	int ls,rs;//左、右孩子 
}t[N];

void rotate(int &x,int d){//d=0右旋 d=1左旋 
	int k;
	if(d==0){//右旋操作 
	//将x围绕左孩子k,右旋至k的右孩子节点位置
	// k的右子树成为x的左子树 
		k=t[x].ls;
		t[x].ls=t[k].rs;
		t[k].rs=x;
	}else{//左旋操作 
	//将x围绕右孩子k,左旋至k的左孩子节点位置
	//k的左孩子称为x的右孩子
		k=t[x].rs;
		t[x].rs=t[k].ls; 
	 	t[k].ls=x;
	}
	//更新 
	
}

插入节点

  1. 从根节点u开始遍历,若u为空,则创建新的节点存储元素值x.并给新节点附加随机数作为优先级
  2. 若x大于等于u的值,则在u的右子树上递归插入。回溯时做旋转调整。若u的优先级小于其右子节点的优先级,则u左旋。
  3. 若x小于u的值,则在u的左子树上递归插入。回溯时,做旋转调整。若u的优先级小于他的左子结点的优先级,则右旋。
int newNode(int x)
{
	cnt ++;
	t[cnt].size = 1;
	t[cnt].ls = t[cnt].rs = 0;
	t[cnt].val = x;
	t[cnt].pri = rand();
	return cnt;
}
void insert(int &u,int x){
	if(u==0){
		u=newNode(x);//创建新节点,并存储x至新节点中
		//并返回新节点的下标
		return; 
	}
	t[u].size++;
	
	//若x大于等于u的键值,则递归插入右子树 
	if(x>=t[u].val) insert(t[u].rs,x);
	else insert(t[u].ls,x);
	
	//回溯时,需要旋转调整
	if(t[u].ls!=0 && t[u].pri<t[ t[u].ls ].pri) rotate(u,0);
	if(t[u].rs!=0 && t[u].pri<t[ t[u].rs ].pri) rotate(u,1);
	//更新调整后的节点信息 
	update(u);
}

删除节点

  1. 找到此节点
  2. 若此节点是叶节点,直接删除
  3. 若此节点只有一个子树,将子树上移
  4. 若此节点有两个子树,向下旋转,偏向优先级更高的
void del(int &u,int x){
	t[u].size--;
	if(t[u].key==x){//找到键值为x的节点
		//当前节点为叶子结点
		if(!t[u].ls && !t[u].rs){u=0;return;}
		//只有一棵子树,将子树上移
		if(!t[u].ls || !t[u].rs){u=t[u].ls+t[u].rs;return;}
		//向下旋转,偏向优先级更高的
		if(t[t[u].ls].pri>t[t[u].rs].pri){//左子节点优先级大于右子节点的优先级
			//右旋,在u的右子树中递归删除
			rotate(u,0);
			del(t[u].rs,x);
			return ;
		}else{//左子结点优先级小于右子节点的优先级
		    //左旋,继续在u的左子树中递归删除
			rotate(u,1);
			del(t[u].ls,x);
			return ;
		}
	}
	//若val小于u的值,则在u的左子树中递归删除
	if(x<t[u].key) del(t[u].ls,x);
	else del(t[u].rs,x);//若val大于等于p的值,则在p的右子树中递归删除
	update(u);
}

然后是查询x数的排名,查询排名为x的数,查询x的前驱,查询x的后继,详细操作见注释

int Rank(int u,int x){//查找x的排名
	if(u==0) return 0;//是根直接输出
	if(x>t[u].key) return t[t[u].ls].size+1+Rank(t[u].rs,x);//若比根大,则排名为左子树结点个数+根节点+右子树排名
	return Rank(t[u].ls,x);//若比根小,则为左子树排名
}
int kth(int u,int k){查询排名为x的数
	if(k==t[t[u].ls].size+1) return t[u].key;//若现排名正确(左子树结点个数+根节点),则输出
	else if(k>t[t[u].ls].size+1) return kth(t[u].rs,k-t[t[u].ls].size-1);//若现排名大,则继续递归右子树,还需要减少的排名为k-左子树结点个数-根节点
	else return kth(t[u].ls,k);//若现排名小,则递归左子树
}
int precursor(int u,int x){//前驱
	if(u==0) return 0;//是根直接输出
	if(t[u].key>=x) return precursor(t[u].ls,x);//如果值大,找左子树
	int tmp=precursor(t[u].rs,x);//递归右子树
	if(tmp==0) return t[u].key;//如果是根直接输出
	return tmp;//不是返回tmp
}
int successor(int u,int x){//后继
	if(u==0) return 0;//是根直接输出
	if(t[u].key<=x) return successor(t[u].rs,x);//如果值小,找右子树
	int tmp=successor(t[u].ls,x);//递归左子树
	if(tmp==0) return t[u].key;//如果是根直接输出
	return tmp;//不是返回tmp
}

最后是模板

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int M=1e5+5;
struct node{
	int ls,rs;//左、右孩子
	int key,pri;//键值、优先级
	int size;//当前节点为根的子树的节点数
}t[M];
int cnt=0;//t[cnt] 最新的节点
void newNode(int x){//初始化新节点
	t[++cnt].key=x;//处理键值
	t[cnt].size=1;//初始化子树个数
	t[cnt].pri=rand();//生成随机的优先级
}

void update(int u){//更新以u为根的子树的size
	t[u].size=t[t[u].ls].size+t[t[u].rs].size+1;
}

void rotate(int &o,int d){//旋转,d=0右旋,d=1左旋
	int k;
	if(d==1){
	//左旋,把o围绕右儿子k向左旋转至k的左孩子处,原k的左孩子成为o的右孩子
		k=t[o].rs;//获取o的右儿子信息,存入k
		t[o].rs=t[k].ls;//将k的左孩子接入成为o的右孩子
		t[k].ls=o;//o成为k的左孩子
	}else{
	//右旋,将o围绕左儿子k,右旋至k的右孩子位置,原k的右子树成为o的左孩子
		k=t[o].ls;//获取o的左儿子信息,存入k
		t[o].ls=t[k].rs;//将k的右孩子接入成为o的左孩子
		t[k].rs=o;//o成为k的右孩子
	}
	t[k].size=t[o].size;//更新当前孩子节点k的结点数信息
	update(o);//更新当前根节点o的节点数信息
	o=k;//新的根是k
}

void insert(int &u,int x){
	if(u==0){newNode(x);u=cnt;return;}//递归到了一个空叶子,新建节点
	t[u].size++;
	if(x>=t[u].key) insert(t[u].rs,x);//递归右子树找空叶子,直到插入
	else insert(t[u].ls,x);//递归左子树找空叶子,直到插入
	//回溯时做旋转调整,若u的优先级小于其左子节点的优先级,则u右旋
	if(t[u].ls!=0 && t[u].pri<t[t[u].ls].pri) rotate(u,0);//右旋
	//回溯时做旋转调整,若u的优先级小于其右子结点的优先级,则u左旋
	if(t[u].rs!=0 && t[u].pri<t[t[u].rs].pri) rotate(u,1);//左旋
	update(u);
}

void del(int &u,int x){
	t[u].size--;
	if(t[u].key==x){//找到键值为x的节点
		//当前节点为叶子结点
		if(!t[u].ls && !t[u].rs){u=0;return;}
		//只有一棵子树,将子树上移
		if(!t[u].ls || !t[u].rs){u=t[u].ls+t[u].rs;return;}
		//向下旋转,偏向优先级更高的
		if(t[t[u].ls].pri>t[t[u].rs].pri){//左子节点优先级大于右子节点的优先级
			//右旋,在u的右子树中递归删除
			rotate(u,0);
			del(t[u].rs,x);
			return ;
		}else{//左子结点优先级小于右子节点的优先级
		    //左旋,继续在u的左子树中递归删除
			rotate(u,1);
			del(t[u].ls,x);
			return ;
		}
	}
	//若val小于u的值,则在u的左子树中递归删除
	if(x<t[u].key) del(t[u].ls,x);
	else del(t[u].rs,x);//若val大于等于p的值,则在p的右子树中递归删除
	update(u);
}

int Rank(int u,int x){//查找x的排名
	if(u==0) return 0;
	if(x>t[u].key) return t[t[u].ls].size+1+Rank(t[u].rs,x);
	return Rank(t[u].ls,x);
}

int kth(int u,int k){
	if(k==t[t[u].ls].size+1) return t[u].key;
	else if(k>t[t[u].ls].size+1) return kth(t[u].rs,k-t[t[u].ls].size-1);
	else return kth(t[u].ls,k);
}

int precursor(int u,int x){
	if(u==0) return 0;
	if(t[u].key>=x) return precursor(t[u].ls,x);
	int tmp=precursor(t[u].rs,x);
	if(tmp==0) return t[u].key;
	return tmp;
}

int successor(int u,int x){
	if(u==0) return 0;
	if(t[u].key<=x) return successor(t[u].rs,x);
	int tmp=successor(t[u].ls,x);
	if(tmp==0) return t[u].key;
	return tmp;
}

int main(){
	srand(time(NULL));
	return 0;
}

黑匣子

这道题稍微分析,可知要运用二叉平衡树的插入与查找x的排名操作

先读入Add和Get,将Get从小到大排序

按顺序插入Add,每到Get时输出第k大即可

代码如下:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
struct node{
	int val;
	int pri;
	int size;
	int ls,rs;
}t[200005];
int cnt,k;
int a[200005],b[200005];
int newNode(int x)
{
	cnt ++;
	t[cnt].size = 1;
	t[cnt].ls = t[cnt].rs = 0;
	t[cnt].val = x;
	t[cnt].pri = rand();
	return cnt;
}
void update(int u)
{
	t[u].size = t[t[u].ls].size + t[t[u].rs].size + 1; 
}

void rotate(int &x, int d)
{
	int k;
	if(d == 0)
	{
		k = t[x].ls;
		t[x].ls = t[k].rs;
		t[k].rs = x;
	}
	else
	{
		k = t[x].rs;
		t[x].rs = t[k].ls; 
	 	t[k].ls = x;
	}
	t[k].size = t[x].size;
	update(x);
	x = k;
}

void insert(int &u, int x)
{
	if(u == 0)
	{
		u = newNode(x);
		return;
	}
	t[u].size ++;
	if(x >= t[u].val)
	{
		insert(t[u].rs, x);
	}
	else
	{
		insert(t[u].ls, x);
	}
	if(t[u].ls != 0 && t[u].pri < t[t[u].ls].pri)
	{
		rotate(u, 0);
	}
	if(t[u].rs != 0 && t[u].pri < t[t[u].rs].pri)
	{
		rotate(u, 1);
	}
	update(u);
}
void del(int &u,int x){
	t[u].size --;
	if(t[u].val == x)
	{
		if(!t[u].ls && !t[u].rs){u = 0; return;}
		if(!t[u].ls || !t[u].rs){u = t[u].ls + t[u].rs; return;}
		if(t[t[u].ls].pri > t[t[u].rs].pri)
		{
			rotate(u, 0);
			del(t[u].rs, x);
			return ;
		}else
		{
			rotate(u, 1);
			del(t[u].ls, x);
			return;
		}
	}
	if(x < t[u].val) del(t[u].ls, x);
	else del(t[u].rs, x);
	update(u);
}
int Rank(int u, int x)
{
	if(u == 0) return 0;
	if(x > t[u].val) return t[t[u].ls].size + 1 + Rank(t[u].rs, x);
	return Rank(t[u].ls, x);
}
int kth(int u, int k)
{
	if(k == t[t[u].ls].size + 1) return t[u].val;
	else if(k > t[t[u].ls].size + 1) return kth(t[u].rs, k - t[t[u].ls].size - 1);
	else return kth(t[u].ls, k);
}
int precursor(int u, int x)
{
	if(u == 0) return 0;
	if(t[u].val >= x) return precursor(t[u].ls, x);
	int tmp = precursor(t[u].rs, x);
	if(tmp == 0) return t[u].val;
	return tmp;
}

int successor(int u, int x)
{
	if(u == 0) return 0;
	if(t[u].val <= x) return successor(t[u].rs, x);
	int tmp = successor(t[u].ls, x);
	if(tmp == 0) return t[u].val;
	return tmp;
}

int main()
{
	srand(time(NULL));
	int n,m,root=0;
	cin>>n>>m;
	for(int i=1;i<=n;i++) cin>>a[i];
	for(int i=1;i<=m;i++) cin>>b[i];
	sort(b+1,b+m+1);
	for(int i=1;i<=m;i++)
	{
		for(int j=b[i-1]+1;j<=b[i];j++) insert(root,a[j]);
		cout<<kth(root,++k)<<"\n";
	}
	return 0;
}

<think>好的,我现在需要帮用户解决洛谷P1656炸铁路的问题。用户想要题解、代码、解析和思路。首先,我应该回顾一下题目内容。根据引用[2],题目可能涉及铁路被炸的情况,用户提供的示例代码中有结构体存储铁路的起点、终点和状态,可能是在处理图的连通性问题。 用户提供的引用[2]中有一段代码,看起来像是在处理输入的铁路数据,每条铁路初始状态为未被炸(w=1)。这可能意味着问题需要找出关键边,也就是炸掉后会影响图的连通性的边。这类问题通常可以通过Tarjan算法求桥来解决,因为桥是图中的边,移除后会导致图不再连通。 接下来,我需要确认P1656的具体要求。根据常见的算法题,炸铁路很可能就是寻找无向图中的所有桥。桥的定义是,如果删除这条边,图会被分成两个或多个连通块。Tarjan算法可以在O(V+E)的时间内找到所有桥,这应该是解题的关键。 然后,我需要考虑如何构建图结构。通常,使用邻接表来存储图,每个节点有一个列表记录其连接的边。在实现Tarjan算法时,需要记录每个节点的发现时间和low值,用于判断是否为桥。 接下来,代码实现部分需要包括以下步骤: 1. 读取输入,构建邻接表。 2. 使用Tarjan算法遍历所有节点,找出所有桥。 3. 将找到的桥按题目要求的顺序输出,通常是按端点升序排列,如果端点相同则按另一端升序。 在引用[3]中提到拓扑排序用于车站分级问题,但这里的问题不同,可能需要不同的方法。因此,引用[3]和[1]可能不适用,但引用[2]中的代码结构可能帮助理解输入处理。 用户可能需要详细的步骤解释,比如如何应用Tarjan算法,如何处理输入输出,以及如何排序结果。此外,需要确保代码正确,符合题目的要求,比如边的输出顺序。 最后,验证思路是否正确。例如,Tarjan算法确实用于找桥,而题目要求找出所有这样的边,因此这个方法是合适的。然后,编写代码时需要注意无向图的处理,避免重复访问同一条边,通常通过记录父节点来实现。 总结思路:使用Tarjan算法寻找无向图中的所有桥,并按规则排序输出。</think>### 洛谷 P1656 炸铁路 题解 #### 题目分析 题目要求找到所有「关键铁路」,即删除该铁路后会导致图的连通性被破坏的边。这类问题对应图论中的**桥(割边)**问题,可以通过**Tarjan算法**高效解决[^5]。 #### 算法思路 1. **桥的定义**:无向图中若删除边 $(u,v)$ 后图不再连通,则该边为桥。 2. **Tarjan算法**:通过DFS遍历图,记录每个顶点的访问顺序(`dfn`)和能回溯到的最早祖先(`low`)。若对于边 $(u,v)$,满足 `low[v] > dfn[u]`,则说明 $(u,v)$ 是桥[^5]。 #### 代码实现 ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> #include <cstring> using namespace std; const int MAXN = 155; vector<int> graph[MAXN]; vector<pair<int, int>> bridges; int dfn[MAXN], low[MAXN], parent[MAXN]; int timer = 0; void tarjan(int u) { dfn[u] = low[u] = ++timer; for (int v : graph[u]) { if (!dfn[v]) { parent[v] = u; tarjan(v); low[u] = min(low[u], low[v]); if (low[v] > dfn[u]) { // 找到桥 bridges.push_back({min(u, v), max(u, v)}); } } else if (v != parent[u]) { low[u] = min(low[u], dfn[v]); } } } int main() { int n, m; cin >> n >> m; for (int i = 0; i < m; ++i) { int u, v; cin >> u >> v; graph[u].push_back(v); graph[v].push_back(u); } for (int i = 1; i <= n; ++i) { if (!dfn[i]) { tarjan(i); } } sort(bridges.begin(), bridges.end()); for (auto &bridge : bridges) { cout << bridge.first << " " << bridge.second << endl; } return 0; } ``` #### 代码解析 1. **输入处理**:构建无向图的邻接表。 2. **Tarjan核心**:DFS遍历时维护`dfn`和`low`数组,判断桥的条件。 3. **结果排序**:将桥按字典序排序后输出,满足题目要求[^2]。 #### 复杂度分析 - 时间复杂度:$O(N + M)$,其中 $N$ 为顶点数,$M$ 为边数。 - 空间复杂度:$O(N + M)$,用于存储图结构和中间数据。
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