洛谷-2146 [NOI2015]软件包管理器

题目描述
Linux用户和OSX用户一定对软件包管理器不会陌生。通过软件包管理器,你可以通过一行命令安装某一个软件包,然后软件包管理器会帮助你从软件源下载软件包,同时自动解决所有的依赖(即下载安装这个软件包的安装所依赖的其它软件包),完成所有的配置。Debian/Ubuntu使用的apt-get,Fedora/CentOS使用的yum,以及OSX下可用的homebrew都是优秀的软件包管理器。
你决定设计你自己的软件包管理器。不可避免地,你要解决软件包之间的依赖问题。如果软件包A依赖软件包B,那么安装软件包A以前,必须先安装软件包B。同时,如果想要卸载软件包B,则必须卸载软件包A。现在你已经获得了所有的软件包之间的依赖关系。而且,由于你之前的工作,除0号软件包以外,在你的管理器当中的软件包都会依赖一个且仅一个软件包,而0号软件包不依赖任何一个软件包。依赖关系不存在环(若有m(m≥2)个软件包A1,A2,A3,⋯,Am,其中A1依赖A2,A2依赖A3,A3依赖A4,……,A[m-1]依赖Am,而Am依赖A1,则称这m个软件包的依赖关系构成环),当然也不会有一个软件包依赖自己。
现在你要为你的软件包管理器写一个依赖解决程序。根据反馈,用户希望在安装和卸载某个软件包时,快速地知道这个操作实际上会改变多少个软件包的安装状态(即安装操作会安装多少个未安装的软件包,或卸载操作会卸载多少个已安装的软件包),你的任务就是实现这个部分。注意,安装一个已安装的软件包,或卸载一个未安装的软件包,都不会改变任何软件包的安装状态,即在此情况下,改变安装状态的软件包数为0。
输入格式
从文件manager.in中读入数据。
输入文件的第1行包含1个整数n,表示软件包的总数。软件包从0开始编号。
随后一行包含n−1个整数,相邻整数之间用单个空格隔开,分别表示1,2,3,⋯,n−2,n−1号软件包依赖的软件包的编号。
接下来一行包含1个整数q,表示询问的总数。之后q行,每行1个询问。询问分为两种:
install x:表示安装软件包x
uninstall x:表示卸载软件包x
你需要维护每个软件包的安装状态,一开始所有的软件包都处于未安装状态。
对于每个操作,你需要输出这步操作会改变多少个软件包的安装状态,随后应用这个操作(即改变你维护的安装状态)。
输出格式
输出到文件manager.out中。
输出文件包括q行。
输出文件的第i行输出1个整数,为第i步操作中改变安装状态的软件包数。

输入输出样例
输入 #1
7
0 0 0 1 1 5
5
install 5
install 6
uninstall 1
install 4
uninstall 0

输出 #1
3
1
3
2
3

输入 #2
10
0 1 2 1 3 0 0 3 2
10
install 0
install 3
uninstall 2
install 7
install 5
install 9
uninstall 9
install 4
install 1
install 9

输出 #2
1
3
2
1
3
1
1
1
0
1

说明/提示
在这里插入图片描述

解释:如果存在我们记为1,不存在我们记为0,这样我们就转行成树上求和问题了,直接上树链剖分模板

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#define lson rt<<1
#define rson rt<<1|1
#define ll long long
const ll N=100003;
const ll inf=-100000009;
using namespace std;
ll n,idx,dfn[N],seq[N],fa[N],dep[N],top[N],sz[N],hvy[N];
ll dp[N]={0};
ll tree[8*N]={0},val[N]={0};
ll a[N]={0};
ll lazy[8*N]={0};
ll tot,lnk[N],ter[4*N],nxt[4*N];
void add(ll u,ll v){
    ter[++tot]=v,nxt[tot]=lnk[u],lnk[u]=tot;
}
void dfs1(ll u,ll f){
    fa[u]=f,dep[u]=dep[f]+1,sz[u]=1,hvy[u]=top[u]=0;
    for(ll i=lnk[u];i;i=nxt[i]){
        ll v=ter[i];
        if(v==f) continue;
        dp[v]=dp[u]+1;
        dfs1(v,u);
        sz[u]+=sz[v];
        if(sz[hvy[u]]<sz[v]) hvy[u]=v;
    }
}
void dfs2(ll u,ll tp) {
    dfn[u]=++idx,seq[idx]=u,top[u]=tp;
    if(!hvy[u]) return;
    dfs2(hvy[u],tp);
    for(ll i=lnk[u];i;i=nxt[i]) {
        ll v=ter[i];
        if(v==fa[u]||v==hvy[u]) continue;
        dfs2(v,v);
    }
}
void pushup(ll rt) {
    tree[rt]=tree[lson]+tree[rson];
}
void pushdown(ll rt,ll l,ll r){
    ll mid=(l+r)/2;
    if(lazy[rt]==-1) return;
    tree[lson]=lazy[rt]*(mid-l+1);
    tree[rson]=lazy[rt]*(r-mid);
    lazy[lson]=lazy[rt];
    lazy[rson]=lazy[rt];
    lazy[rt]=-1;
    return;
}
void build(ll rt,ll l,ll r) {
    if(l==r) {
        tree[rt]=val[seq[l]];
        lazy[rt]=-1;
        return;
    }
    ll mid=(l+r)>>1;
    build(lson,l,mid);
    build(rson,mid+1,r);
    pushup(rt);
}
void modify(ll L,ll R,ll rt,ll l,ll r,ll val) {
    pushdown(rt,l,r);
    if(L<=l&&r<=R){
        tree[rt]=val*(r-l+1);
        lazy[rt]=val;
        return;
    }
    ll mid=(l+r)>>1;
    if(L<=mid) modify(L,R,lson,l,mid,val);
    if(R>mid) modify(L,R,rson,mid+1,r,val);
    pushup(rt);
}
void chainmodify(ll u,ll v,ll val) {
    for(ll fu=top[u],fv=top[v];fu^fv;u=fa[fu],fu=top[u]){
        if(dep[fu]<dep[fv]) swap(u,v),swap(fu,fv);
        modify(dfn[fu],dfn[u],1,1,n,val);
    }
    if(dep[u]>dep[v]) swap(u,v);
    modify(dfn[u],dfn[v],1,1,n,val);
    return ;
}
ll querySUM(ll x,ll y,ll rt,ll l,ll r){
    pushdown(rt,l,r);
    if(x>y) return 0;
    if(x<=l&&r<=y) return tree[rt];
    ll mid=(l+r)>>1;
    ll res=0;
    if(x<=mid) res+=querySUM(x,y,lson,l,mid);
    if(mid<y) res+=querySUM(x,y,rson,mid+1,r);
    return res;
}
ll chainQuerySUM(ll u,ll v){
    ll res=0;
    for(ll fu=top[u],fv=top[v];fu^fv;u=fa[fu],fu=top[u]){
        if(dep[fu]<dep[fv]) swap(u,v),swap(fu,fv);
        res+=querySUM(dfn[fu],dfn[u],1,1,n);
    }
    if(dep[u]>dep[v]) swap(u,v);
    res+=querySUM(dfn[u],dfn[v],1,1,n);
    return res;
}
int main(){
    scanf("%lld",&n);
    for(int i=2;i<=n;i++) scanf("%lld",&a[i]);
    for(int i=2;i<=n;++i){
        add(i,a[i]+1),add(a[i]+1,i);
    }
    dp[1]=1;
    dfs1(1,0),dfs2(1,1),build(1,1,n);
    int q=0;scanf("%d",&q);
    while(q--){
        char cmd[123];int x;scanf("%s%d",cmd,&x);x++;
        ll ret=0;
        if(cmd[0]=='i'){
            ret=dp[x]-chainQuerySUM(1,x);
            chainmodify(1,x,1);
        }else{
            ret=querySUM(dfn[x],dfn[x]+sz[x]-1,1,1,n);
            modify(dfn[x],dfn[x]+sz[x]-1,1,1,n,0);
        }
        cout<<ret<<endl;
    }
    return 0;
}

<think>我们正在解析NOI2015软件包管理器题目,使用树链剖分和线段树实现。题目描述:有n个软件包(编号0~n-1),它们之间有依赖关系形成一棵树(除0号外,每个包依赖一个父包)。初始所有软件包未安装。两种操作:installx:安装x以及x的依赖(从x到0号路径上所有未安装的包)uninstallx:卸载x以及x的依赖(x的子树中所有已安装的包)对于每个操作,输出操作会改变多少个软件包的安装状态(即从未安装变为安装,或从已安装变为未安装),然后应用操作。我们使用树链剖分将树转化为序列,然后用线段树维护区间和(安装状态为1,未安装为0)。这样:install操作:相当于从x到根节点的路径上未安装的节点全部安装。我们需要计算路径上未安装的节点数(即0的个数),然后全部置为1。uninstall操作:相当于将x的子树中已安装的节点全部卸载。我们需要计算子树中已安装的节点数(即1的个数),然后全部置为0。注意:树链剖分后,节点在序列中的位置用dfn序(DFS序)表示。子树对应区间[dfn[x],dfn[x]+size[x]-1];路径则通过树链剖分拆分成若干条重链上的区间。我们使用线段树维护区间和,同时支持区间覆盖(置0或置1)和区间求和。此外,我们还需要支持区间覆盖时,同时记录覆盖的值(0或1)以及懒标记。具体步骤:1.预处理:树链剖分(两次DFS)第一次DFS:求父节点、深度、子树大小、重儿子第二次DFS:求DFS序、重链顶点2.建线段树:根据dfn序,每个节点对应线段树的一个位置,初始值为0(未安装)。3.对于每个操作:installx:从x向上跳重链直到根节点,每次处理一条重链的区间。我们需要计算从x到根节点的路径上0的个数(即区间长度减去区间和),然后整个路径置1。改变的状态数=路径上0的个数。注意:跳重链时,将路径拆分成多个区间,从下往上(x到根)的区间是连续的,但要注意区间方向(dfn序从根往下递增,所以我们从x往上跳时,区间是从dfn[top[x]]到dfn[x]这样一段,然后x跳到fa[top[x]],继续处理)。uninstallx:直接处理子树:区间为[dfn[x],dfn[x]+sz[x]-1]改变的状态数=子树中1的个数(即区间和),然后置0。4.线段树需要实现:-区间覆盖(set)操作:将区间[l,r]覆盖为0或1,同时维护区间和。-区间求和(sum)操作。5.注意:在install操作中,我们进行路径查询和更新时,需要先查询路径上0的个数(即未安装的个数),然后执行覆盖为1。同样,uninstall操作先查询1的个数,然后覆盖为0。由于覆盖操作会改变区间的值,我们需要懒标记(lazy)来记录覆盖值(0或1)或者标记为无操作(例如-1)。代码结构:-定义树结构(邻接表)-树链剖分预处理-线段树类-主函数:读入数据、建树、剖分、处理操作下面我们给出C++代码解析,并添加详细注释。</think>### NOI2015 软件包管理器 C++ 代码解析(树链剖分+线段树) #### 问题分析 软件包管理器需要维护树形依赖结构(0号包为根节点),支持两种操作: 1. **install x**:安装x及所有依赖(x→根的路径) 2. **uninstall x**:卸载x及所有依赖(x的子树) 需要动态统计每次操作**改变的安装状态数量**(未安装→安装 或 已安装→未安装) #### 核心算法设计 ```mermaid graph TD A[树链剖分] --> B[重链划分] B --> C[DFS序映射] C --> D[线段树维护] D --> E[路径操作 install] D --> F[子树操作 uninstall] ``` #### 代码实现解析 ##### 1. 树链剖分预处理 ```cpp // 第一次DFS:求子树大小/重儿子 void dfs1(int u) { siz[u] = 1; for(int v : G[u]) { dep[v] = dep[u] + 1; // 深度 dfs1(v); siz[u] += siz[v]; // 子树大小 if(siz[v] > siz[son[u]]) son[u] = v; // 重儿子 } } // 第二次DFS:生成DFS序和重链 void dfs2(int u, int topf) { dfn[u] = ++cnt; // DFS序 top[u] = topf; // 重链顶端 if(son[u]) dfs2(son[u], topf); // 优先处理重儿子 for(int v : G[u]) { if(v == son[u]) continue; dfs2(v, v); // 新重链 } } ``` ##### 2. 线段树设计 ```mermaid classDiagram class SegmentTree { -sum[N<<2] : int // 区间和(已安装数量) -tag[N<<2] : int // 懒标记(-1未覆盖,0置0,1置1) +push_up(int rt) // 更新区间和 +push_down(int rt, int len) // 下传标记 +update(int L, int R, int l, int r, int rt, int val) // 区间覆盖 +query(int L, int R, int l, int r, int rt) : int // 区间查询 } ``` ##### 3. 关键操作实现 **install操作(路径覆盖)** ```cpp int install(int x) { int res = 0, org = x; while(top[x] != 0) { // 从x向根跳重链 // 查询路径上未安装数量 = 路径长度 - 已安装数量 res += (dfn[x] - dfn[top[x]] + 1) - tree.query(dfn[top[x]], dfn[x], 1, n, 1); tree.update(dfn[top[x]], dfn[x], 1, n, 1, 1); // 覆盖为安装状态 x = fa[top[x]]; // 跳到上条重链 } // 处理最后一段(根节点所在重链) res += (dfn[x] - dfn[0] + 1) - tree.query(dfn[0], dfn[x], 1, n, 1); tree.update(dfn[0], dfn[x], 1, n, 1, 1); return res; } ``` **uninstall操作(子树覆盖)** ```cpp int uninstall(int x) { // 查询子树中已安装数量 int res = tree.query(dfn[x], dfn[x]+siz[x]-1, 1, n, 1); tree.update(dfn[x], dfn[x]+siz[x]-1, 1, n, 1, 0); // 覆盖为未安装 return res; } ``` #### 时间复杂度分析 | 操作 | 时间复杂度 | 原理 | |-------------|------------|--------------------| | 树链剖分预处理 | $O(n)$ | 两次DFS | | install操作 | $O(\log^2 n)$ | 重链拆分+线段树操作 | | uninstall操作 | $O(\log n)$ | 子树区间操作 | #### 完整代码结构 ```cpp #include <vector> #include <cstring> using namespace std; const int N = 1e5+5; vector<int> G[N]; // 依赖树 int fa[N], dep[N], siz[N], son[N]; int dfn[N], top[N], cnt; SegmentTree tree; // 线段树 int main() { // 读入依赖关系 // 树链剖分预处理 // 处理q个操作: while(q--) { if(op == "install") cout << install(x) << endl; else cout << uninstall(x) << endl; } } ``` #### 树链剖分核心思想 将树拆分为**重链**,利用DFS序使: 1. 每条重链在DFS序上连续 2. 任意节点到根的路径被拆分为$O(\log n)$条重链 3. 子树对应DFS序上的连续区间 通过线段树高效处理**路径和子树**操作,将树操作转化为区间操作[^1][^2]。
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