WC 2022 学习笔记

$\text{Day 1 2022.01.22}$ 开幕式，好耶！

---

$\text{Day 2 2022.01.23}$

上午

才知道课程都是二选一，选了个第二课堂听听。

前置

1. 向量加减

$$\{\begin{array}{l}p=(x_1,y_1),q=(x_2,y_2)\\ p+q=(x_1+x_2,y_1+y_2)\\ p-q=(x_1-x_2,y_1-y_2)\end{array}$$

2. 向量点积【标量】

$$\{\begin{array}{l}\overrightarrow{AB}\cdot \overrightarrow{CD}=x_1{x}_2+y_1{y}_2\\ \overrightarrow{AB}\cdot \overrightarrow{CD}=|AB||CD|\cos \theta \end{array}$$

3. 向量叉积【矢量】

$$\{\begin{array}{l}\overrightarrow{AB}\times \overrightarrow{CD}=x_1{y}_2-x_2{y}_1\\ \overrightarrow{AB}\times \overrightarrow{CD}=|AB||CD|\sin \theta \end{array}$$

同时有 $0\times \mathbf{a}=\mathbf{a}\times 0=\mathbf{a}\times \mathbf{a}=0$。

$|\mathbf{a}\times \mathbf{b}|$ 在数值上等于 $\mathbf{a},\mathbf{b}$ 构成的平行四边形的面积。

4. 向量旋转

$\mathbf{a}=(x,y)$，逆时针旋转 $\theta$ 后为 ${\mathbf{a}}^{\prime }=(x\cos \theta -y\sin \theta ,x\sin \theta +y\cos \theta )$。

5. 多边形面积

$S=\frac{1}{2}|{\sum }_{i=1}^n{V}_i\times V_i\mathrm{mod}n+1|$

6. 极坐标与极坐标系

7. 误差判断

double eps = 1e-8;
return (x > eps) - (x < eps);

距离

1. 欧式距离

二维 $|AB|=\sqrt{(x_2-x_1{)}^2+(y_2-y_1{)}^2}$

三维 $|AB|=\sqrt{(x_2-x_1{)}^2+(y_2-y_1{)}^2+(z_2-z_1{)}^2}$

2. 曼哈顿距离

$d(A,B)=|x_1-x_2|+|y_1-y_2|$

3. 切比雪夫距离

$d(A,B)=\max (|x_1-x_2|,|y_1-y_2|)$

4. 曼哈顿距离与切比雪夫距离的联系

曼哈顿距离 $\to$ 切比雪夫距离：$(x,y)\to (x+y,x-y)$

切比雪夫距离 $\to$ 曼哈顿距离：$(x,y)\to (\frac{x+y}{2},\frac{x-y}{2})$。即旋转 $\frac{\pi }{4}$ 后缩小一半。

判断

1. 点是否在直线上

① $(Q-P_1)\times (P_2-P_1)=0$
② $Q$ 在以 $P_1,P_2$ 为对角顶点的矩形内

2. 两线段是否相交

① 快速排斥试验 若两矩形不相交，则线段不相交
② 跨立实验 $(P_1-Q_1)\times (Q_2-Q_1)\ge 0$ 和 $ (Q_2 - Q_1) \times (P_2 - Q_1) \ge 0$

3. 线段和直线是否相交

只需用跨立实验判断即可。

4. 点是否在多边形中

以 $p$ 为端点，向左方作射线 $L$，根据交点个数的奇偶性判断。但需要注意与顶点相交、与边重合的特殊情况。

5. 线段是否在多边形内

① 两线段端点在多边形内
② 线段与多边形所有边都不内交（两线段相交且交点不在两线段的端点）

做法是求出所有与线段相交的顶点，然后按照 $(x,y)$ 排序，若相邻两点中点均在多边形内，则符合条件。

计算

1. 点到线段的最近点

2. 计算点到折线/矩形/多边形的最近点

3. 计算点到圆的最近距离及交点坐标

4. 求线段或直线与圆的交点

均可分为是否与坐标轴平行的两种情况。对于不平行的较复杂情况，通解为联立解方程组然后求出交点。

多边形

1. 二维凸包

例题 P2742 [USACO5.1]圈奶牛Fencing the Cows /【模板】二维凸包

① Andrew 算法 用单调栈维护，时间复杂度 $O(n\log n)$。
② Graham 扫描算法 找到左下角的点，然后按极角排序。

2. 旋转卡壳

例题 P1452 [USACO03FALL]Beauty Contest G /【模板】旋转卡壳

逆时针枚举凸包边，记录并维护一个当前的最近点（根据叉积计算三角形面积）

3. 半平面交

例题 P4196 [CQOI2006]凸多边形 /【模板】半平面交

$$\{\begin{array}{l}{A}_{1}x+B_{1}y+C_1\ge 0\\ A_{2}x+B_{2}y+C_2\ge 0\\ \cdots \\ A_{n}x+B_{n}y+C_n\ge 0\end{array}$$

$S\&I$ 算法 极角排序，然后维护单调队列（注意先判断队尾再判断队首的情况）

4. 平面最近点对

例题 P7883 平面最近点对

分治的思想，以 $P_m$ 为界，拆分出点集 $A_1,A_2$，然后分别找最近点对，距离为 $h$。再找一个点在 $A_1$，另一个在 $A_2$ 的小于 $h$ 的点对。最后的时间复杂度为 $O(n\log n)$。

下午

有关链表的内容。

双向链表

1. 插入

data[s] = x;
left[s] = left[p];
right[left[p]] = s;
right[s] = p;
left[p] = s;

2. 删除

right[left[p]] = right[p];
left[right[p]] = left[p];

3. 恢复

right[left[p]] = p;
left[right[p]] = p;

舞蹈链

P4929 【模板】舞蹈链（DLX）

一个运用链表到极致的例子。主要步骤如下：

① 矩阵 $A$ 为空，返回已解决。

② 选择一列 $c$，通常选择 $1$ 的个数最少的那一列。

③ a. 若 $A_{r,c}=1$，说明行 $r$ 存在，进入 ④；
b. 不存在，回溯，回溯删除，进入 ③ a.。

④ 把 $r$ 包含进部分解。

⑤ 对于 $\forall j,A_{r,j}=1$，若 $\forall i,A_{i,j}=1$，删除第 $i$ 行，否则删除第 $j$ 行。

⑥ 重复递归。

舞蹈链的思想还可以运用到别的问题中去。我们将矩阵的行的意义为所有的情况，列的意义为约束条件。

1. $N$ 皇后问题

共有 $n^2$ 个格子，所以矩阵共有 $n^2$ 行。而因每行每列每斜行只能有一个皇后的约束条件，所以有 $n$ 行 $n$ 列，$2n-1$ 条主对角线与副对角线，即矩阵共有 $6n-2$ 列。

2. 数独

先分析行，共有 $9\times 9$ 个格子，可以填入数字 $1$ 至 $9$，所以共有 $9\times 9\times 9=729$ 行。

每一个格子都需要填入数字，所以要有 $9\times 9$ 列存放是否已经填入数字的信息。接下去的 $3$ 个 $9\times 9$ 列，分别记录行、列、宫的数字放置情况。所以共需要 $4\times 81=324$ 列。

跳表

例题 P3103 [USACO14FEB]Airplane Boarding G

跳表可以实现链表中的快速查找，从第一个位置的顶端开始一层层往下跳，直至返回 $x$ 不存在。时间复杂度为 $O(\log n)$，空间复杂度为 $O(n)$【建立在随机选择插入层的前提下】。

例题选讲

没听的太明白（其实跳表也不是很明白），选几道洛谷上有的题目列一下。

P7988 [USACO21DEC] HILO G

P1792 [国家集训队]种树

晚上

营员交流，属于是在听天书。几乎属于听不懂的状态，也就当长长见识了 $\text{qwq}$。

今天一天累计算是听了 $9$ 个多小时，休息去了！$\text{Day 2}$ 结束。

---

$\text{Day 3 2022.01.24}$

上午

学习网络流，中午的时候到会议间中又听了听《多重时空下的算法竞赛》。

最大流

算法妙在建立反向边，主要步骤如下：

• $S\to T$ 找到一条增广路

• 求出流路径中边权最小的值

• 维护路径中的反向边

• 重复操作直到 $S$ 与 $T$ 不再连通

于是问题就在于如何找增广路，于是有 $\text{SAP}$ 算法，即重建距离标号，将图分成若干个“层次”。其中包含的两个优化就是弧优化（如果一条边已经被增广过，那么它就没有可能被增广第二次）与断层优化（若图上出现了断层，也就是说无法再找到增广路，则可直接终止算法）。

那么这个算法快在哪里呢？通过探寻本质，只有减少冗余以及重复利用可以有效缩短时间。那么该算法通过距离标号，将原来相互独立的增广路相互联系，从而重复利用来节省时间。

费用流

下午

发现自己学过 tarjan 了，于是想就听听数据结构选讲。但一打开课件就发现都是什么 $\text{IOI}$ 黑题，劝退了……还是听 tarjan 吧！

求 $\text{LCA}$

若 $\text{LCA }(u,v)=k$，当遍历完 $u$ 所在子树后，$u$ 所在子树所有的结点跟 $k$ 其它子树所有结点的 $\text{LCA}$ 一定为 $k$。可以通过并查集维护。伪代码大概如下：

fa[v] = v;vis[v] = 1;
for (i...)
	if (!vis[i]) dfs (i),fa[i] = v;
for (v...)
	if (vis[u]) LCA[u][v] = LCA[v][u] = get_fa (u);

若 $\text{LCA }(u,v)=u$，在结点 $u$ 信息返回前，$u$ 结点子树均已访问完，故伪代码此时仍然成立。

例题 codevs 1036 商务问题

题面中强调不存在环，故这是一棵树。考虑树上差分，则有 $di{s}_{i,j}\min =de{p}_i+de{p}_j-2de{p}_{LCA(i,j)}$。

求割点

若 $u$ 为生成树的根，则 $u$ 为割点的充要条件是 $u$ 的子树 $\ge 2$。

若 $u$ 不为生成树的根，则 $u$ 为割点的充要条件是在 $v$ 或 $v$ 子孙结点和 $u$ 祖先结点不存在回边。

可以使用时间戳来记录深度优先数与最低深度，有：

$$low[u]=\min \{\begin{array}{l}dfn[u]\\ \min (low[v]\mid v\text{ is children})\\ \min (dfn[u]\mid (u,v)\text{ is cross edge})\end{array}$$

若 $u$ 存在一个孩子 $v$ 使得 $dfn[u]\le low[v]$，则 $u$ 为割点。

割边

若 $(u,v)$ 为割边的充要条件是 $u\to v$ 不为重边且 $v$ 或 $v$ 的子孙结点中没有指向 $u$ 或 $u$ 祖先的回边。若 $dfn[u]<low[u]$，则 $(u,v)$ 为割边（与割点思想类似）。

辨析：

• 两割点之间的边一定为割边。

错误！反例如下：

A-B     
| |  
C-D  
| |  
E F

$C,D$ 为割点，但 $(C,D)$ 不为割边。

• 割边的两端点均为割点。

错误！反例如下：

A-B-C

$(A,B)$ 为割边，但 $A$ 不为割点。

例题 P5058 [ZJOI2004]嗅探器

若 $v$ 为割点 -> 子树中存在 $b$ -> 所求之点

关键在于判断子树中是否存在 $b$，可以通过 $dfn[u]$ 判定。若 $dfn[u]<dfn[b]$，则符合条件。

例题 P7687 [CEOI2005] Critical Network Lines

课后补题，解析见我的博文 【题解】P7687 [CEOI2005] Critical Network Lines 。

强连通分量

注意，求割点与割边是在无向图中，而强连通分量是在有向图中，要注意区分。

若 $low[u]<dfn[u]$，则子孙结点能连到自己上方的结点；若 $dfn[u]=dfn[u]$，则 $u$ 为根，内部仍存在一个或多个强连通分量，递归求解即可。

当 $low[u]=dfn[u]$ 为结束条件进行弹栈得到强连通分量。

例题 P2341 [USACO03FALL][HAOI2006]受欢迎的牛 G

差不多可以说是板子题，缩点后判断是否只有 $1$ 个出度为 $0$ 的点。

晚上

趁着晚饭后做了课上讲的一道题，并写了篇题解。

还是营员交流，还是属于听不懂的状态。

$\text{Day 3}$ 结束。

---

$\text{Day 4 2022.01.25}$

上午

数据结构中的复杂树问题，收获巨大！！！重点主要放在了前三个中，后面基本属于提了提。

树链剖分

轻重链剖分。一个定义就是重子结点表示其子结点中子树最大的子结点。

1. 性质

① 在每条重链结点的 dfn 连续，即优先选择重子结点。
② 每个子树内的 dfn 连续。
③ 向下经过一条轻边，子树大小至少减半，不超过 $\log n$ 条重链。
④ 重链开头不一定为重子结点。

2. 建树过程

void dfs1 (int u,int fa)
{
	sz[u] = 1;f[u] = fa;dep[u] = dep[fa] + 1;
	for (int i = head[u];i;i = nxt[i])
	{
		int v = to[i];
		if (v != fa)
		{
			dfs1 (v,u);
			sz[u] += sz[v];
			if (sz[v] > sz[hson[u]]) hson[u] = v;//求重儿子 
		}
	}
}

3. 树的分解

void dfs2 (int u,int fa)
{
	if (hson[u])//优先走重边 
	{
		seg[hson[u]] = ++seg[0]; 
		top[hson[u]] = top[u];//重链的顶端
		rev[seg[0]] = hson[u];
		dfs2 (hson[u],u); 
	}
	for (int i = head[u];i;i = nxt[i])
	{
		int v = to[i];
		if (!top[v])
		{
			seg[v] = ++seg[0];
			rev[seg[0]] = v;
			top[v] = v;//此时 (u,v) 为轻边，v 为所在重链的顶端
			dfs2 (v,u); 
		}
	}
} 

P3384 【模板】轻重链剖分/树链剖分 模板题。

例题 P2590 [ZJOI2008]树的统计

通过向上跳来维护信息。若在重链上，则跳到顶端；若不在则在其顶端向上跳一步至重链。直到两点均在同一条重链上即可。核心代码如下：

void ask (int u,int v)
{
	int fx = top[u],fy = top[v];
	while (fx != fy)
	{
		if (dep[fx] < dep[fy]) swap (u,v),swap (fx,fy);//深度大的向上跳
		query (1,1,seg[0],seg[fx],seg[u]);
		u = f[fx],fx = top[u]; 
	}
	if (dep[u] > dep[v]) swap (u,v);
	query (1,1,seg[0],seg[u],seg[v]);//在同一条重链上的不同位置，最后需将这一段区间也进行求解 
}

再放一道练手的题目，几乎也是裸题。

P2146 [NOI2015] 软件包管理器

支持两种操作，树上的区间修改与子树的修改。注意因为涉及 $0$ 和 $1$ 两种情况，因此打懒标记的时候需要注意一下 if (tmp[cur] == -1) return ;，当然忽略这个语句就不存在这个问题了。

伸展树 $\text{splay}$

均摊时间复杂度为 $O(\log n)$，通过势能分析可以得证。伸展树有一个性质，就是中序遍历不会改变。

1. 右旋 zig(x)
   

2. 左旋 zag(x)

3. rotate 函数

4. splay 函数

5. 插入

6. 查找

7. 分裂

8. 合并

9. 删除

10. 找寻排名为 $k$ 的数

11. 区间删除

例题 P3391 【模板】文艺平衡树

例题 P3224 [HNOI2012]永无乡

例题 P2042 [NOI2005] 维护数列

下午

还是听《新版 $\text{NOI-Linux}$ 系统使用》比较实用叭。

在电脑上成功装了一个 $\text{NOI-Linux}$ 虚拟机，针不戳。捣鼓了一下午的虚拟机，效果如下：

非常好！~~~

$\text{Day 4}$ 结束。

---

$\text{Day 5 2022.01.26}$

上午

听 $\text{IOI}$ 命题方向。只是停留在听听的层面，但不得不说交互题和构造题等非传统题可以说是兴起了。还看到了一些“恶搞题”，印象最深的就是：

1. 人工智能题？面向数据才是真理！

2. MoMOOMoo 题

好像有个营员因“不文明语言”被管理员踢了…害怕 $\text{.jpg}$

下午

应该是冬令营的最后一节课了 $\text{awa}$，题目选讲，听听神仙是怎么爆切 $\text{IOI}$ 的叭。

似乎今天 $15:30$ 就结束了哈，明天结营测试，$\text{RP++}$ 吧！

晚上

试机，没啥大问题。

$\text{Day 5}$ 结束。

---

$\text{Day 6 2022.01.27}$

两道传统题，一道交互题。先开了 $\text{T2}$，用空间换时间打了一个 $O(nm)$。然后发现啥都不会，交互题主要之前没有做过，所以就不太会格式，最后应该 $\text{CE}$ 了。想着这样肯定也就不能拿牌，所以 $\text{T1}$ 的 $\text{25 pts}$ 最后也没拿。

$\text{Day 7 2022.01.28}$ 很后悔没打那个暴力，果然 $\text{Fe}$ 了，被卡线 $\text{qwq}$。