「AHOI2013」 连通图 - 线段树分治+并查集

本文介绍了一种使用线段树分治和可撤销并查集来解决动态连通性查询问题的方法。具体地,对于一个连通的无向图和若干小集合,每个集合包含一些边,文章探讨了如何在删除这些边后判断图是否仍保持连通。通过维护边的时间区间和使用可撤销操作,算法能够高效地处理大量查询。

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题目描述

给定一个连通的无向图和若干个小集合,每个小集合包含一些边。对于每个集合,你需要确定将集合中的边从原来的无向图中删除后该图是否保持连通。

一个图是连通的当且仅当任意两个不同的点之间存在一条路径连接他们。

输入格式

输入的第一行包含两个整数n和m(1<=n<=10000, 1<= m <= 100000),表示无向图的点数和边数,每个点从1到n标号。

接下来的m行表示图的每条边,每行包含两个整数a和b——一条边连接的两个端点的标号。保证每对顶点最多被一条边连接。没有一条边连接两个相同的顶点。每条边按照输入的顺序标号为1到m。

接下来的一行包含一个整数k(1<=k<=100000),表示需要测试的小集合的个数。接下来的k行每行描述一个小集合。每行的第一个数c(1<=c<=4)表示集合中边的个数,接下来有c个整数表示集合中边的标号,保证集合中的整数互不相同。

输出格式

输出k行,每行对应一个小集合的测试结果。

第i行包含“Connected”(没有引号),如果给定的图去掉对应的集合中的边仍然连通,否则应该包含一个“Disconnected”。

分析

对于第iii个时间的询问,其中的每一条边可以看是在前面某次询问中有这条边之后一直没有询问这条边,设这条边为xxx,时间点为jjj。那么题目可以转化为一条边xxx在时间区间[j,i−1][j,i-1][j,i1]存在,第iii个时间点删除,在第iii个时间点查询图的连通性。这明显是线段树分治的模型,直接套上就行了。同样用可撤销并查集去维护。

需要提一点的是,这里判断整个图是否连通可以用第一个节点的根的sizesizesize判断,即判断size[getf(1)]size[getf(1)]size[getf(1)]是否等于nnn

代码

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
using namespace std;
const int N=100005;
const int M=400005;
struct Edge {int x,y,op;}e[M];
int cnt,n,m,num;
int tm[M],q[M];
int f[N],sz[N],top;
vector<int> v[M<<2];
struct Stack {int x,y;}st[N];
void reset(){for(int i=1;i<=n;i++)f[i]=i,sz[i]=1;}//初始化 
int getf(int x){while (x^f[x]) x=f[x];return x;}//找父亲 
bool Judge() {return sz[getf(1)]==n;}//判断是否连通 
void merge(int x,int y) {//合并两个集合 
	x=getf(x),y=getf(y);
	if (x==y) return;
	if (sz[x]>sz[y]) swap(x,y);
	f[x]=y;
	sz[y]+=sz[x];
	st[++top]=(Stack){x,y};
}
void undo(int k) {//撤销到k次合并操作 
	while (top>k) {
		int x=st[top].x,y=st[top].y;
		top--;
		f[x]=x;
		sz[y]-=sz[x];
	}
}
void Add(int p,int l,int r,int L,int R,int x) {
	if (L<=l&&r<=R) {//完全包含,直接丢进vector中 
		v[p].push_back(x);
		return;
	}
	int mid=(l+r)>>1;
	if (L<=mid) Add(p<<1,l,mid,L,R,x);
	if (R>mid) Add(p<<1|1,mid+1,r,L,R,x);
}
void Solve(int p,int l,int r) {
	int si=v[p].size(),tp=top;
	for (int i=0;i<si;i++) {//依次添加 
		int x=e[v[p][i]].x,y=e[v[p][i]].y;
		merge(x,y);
	}
	if (l==r) {//叶子节点,判断并输出 
		if (q[l]) puts(Judge()?"Connected":"Disconnected");
	} else {
		int mid=(l+r)>>1;
		Solve(p<<1,l,mid);
		Solve(p<<1|1,mid+1,r);
	}
	undo(tp);//撤销 
}
int main() {
	scanf("%d%d",&n,&m);
	for (int i=1;i<=m;i++) {
		int u,v;
		scanf("%d%d",&u,&v);
		e[i]=(Edge){u,v};
		tm[i]=1;
	}
	scanf("%d",&num);
	for (int i=2;i<=num+1;i++) {
		int c;
		scanf("%d",&c);
		for (int j=1;j<=c;j++) {
			int x;
			scanf("%d",&x);//直接加入时间线段树中 
			Add(1,1,num+1,tm[x],i-1,x);
			tm[x]=i+1;
		}
		q[i]=1;
	}
	for (int i=1;i<=m;i++)
		if (tm[i]<=num+1)//对于没有结束时间的边特殊处理 
			Add(1,1,num+1,tm[i],num+1,i);
	reset();
	Solve(1,1,num+1);//递归直接输出答案 
	return 0;
}
### 关于可撤销并查集的洛谷练习题及相关数据结构 #### 可撤销并查集简介 可撤销并查集是一种扩展版本的并查集,能够在执行合并操作的同时保留回退的能力。这意味着可以在任意时刻撤消最近的一次 `union` 操作,从而恢复到之前的状态。这一特性使得该数据结构非常适合解决涉及动态连通性和历史状态查询的问题。 实现可撤销并查集的核心在于记录每次路径压缩或合并操作的变化,并将其存入栈中以便后续回溯。具体来说,在标准并查集中引入额外的数据结构(如栈)来保存父节点指针的历史修改情况[^1]。 下面是一些适合初学者和中级选手练习的洛谷平台上的题目: --- #### 推荐洛谷练习题 1. **P2860 [USACO06FEB]Redundant Paths G** 这道题考察的是如何利用带权并查集或者可撤销并查集计算最小边数使图成为双联通分量。虽然不强制要求使用可撤销并查集,但如果尝试用此方法解题会更加直观。 题目链接: https://www.luogu.com.cn/problem/P2860 2. **P3970 [TJOI2015]线性代数** 虽然名字看起来与矩阵运算有关,但实际上可以通过构建虚拟点的方式转化为经典的并查集问题。进一步优化时可以考虑加入可撤销机制以应对复杂度较高的测试样例。 题目链接: https://www.luogu.com.cn/problem/P3970 3. **P4180 [BJOI2012]树的难题** 此题需要维护森林中的多个独立子树之间的连接关系,并支持删除某些边的操作。因此非常适合作为学习可撤销并查集的应用实例之一。 题目链接: https://www.luogu.com.cn/problem/P4180 4. **P2024 [AHOI2009]中国象棋** 将二维网格抽象成一维数组之后,可以用带有时间戳功能的可撤销并查集高效解答本题提出的询问类问题。 题目链接: https://www.luogu.com.cn/problem/P2024 --- #### 实现代码示例 以下是一个简单的 C++ 版本的可撤销并查集模板程序: ```cpp #include <bits/stdc++.h> using namespace std; struct UndoUnionFind { vector<int> parent; vector<pair<int, int>> history; // 记录每一次改变 (x, old_parent) UndoUnionFind(int n): parent(n){ for(int i=0;i<n;i++) parent[i]=i; } int find_set(int x) { while(parent[x]!=x){ history.emplace_back(x,parent[x]); parent[x]=parent[parent[x]]; // Path compression x=parent[x]; } return x; } bool unite_sets(int x, int y){ int fx=find_set(x); int fy=find_set(y); if(fx !=fy ){ history.emplace_back(fy,fy); // Record the change of root node's father. parent[fy]=fx; return true; } return false; } void undo(){ if(history.empty())return ; auto &[node,new_father]=history.back(); parent[node]=new_father; history.pop_back(); } }; int main() { int n,m,q; cin >> n >> m >> q; UndoUnionFind uf(n+1); for(int i=0;i<m;i++){ int u,v; cin>>u>>v; uf.unite_sets(u,v); } while(q--){ string cmd; cin>>cmd; if(cmd=="undo"){ uf.undo(); }else{ int u,v; cin>>u>>v; cout <<(uf.find_set(u)==uf.find_set(v)? "YES":"NO")<<'\n'; } } } ``` --- #### 总结 通过以上介绍可以看出,掌握好基础版并查集的基础上再去深入理解其变种形式——比如种类并查集以及今天的主题可撤销并查集——对于提高算法竞赛水平至关重要。这些技巧不仅限于比赛场景下有用,在实际软件开发过程中也可能遇到类似的逻辑需求。
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