树链剖分理解&&poj 3237

树链剖分用一句话概括就是:把一棵树剖分为若干条链,然后利用数据结构(树状数组,SBT,Splay,线段树等等)去维护每一

条链,复杂度为O(logn)

假如 一个树就是一条链的话(极限的想想),我们可以用数据结构(线段树,树桩数组)去维护它。
下图 1-6就是一个链树,用树状数组维护
树链剖分理解&&poj 3237_第1张图片
这个性质很好,维护很方便
然后再画个树,咱们强行用树状数组维护
树链剖分理解&&poj 3237_第2张图片
可以发现,树状数组在3节点后产生了增殖,且1-3节点的树状数组里的值 与 (5,7,9)、(4,6,8,10)是共有的。也就是说树根的值 (映射到树状数组中)影响它的子树。
用树状数组强行维护显然是难办的。因为树状数组对标号的要求是连续。
这个感觉暂且保留。
不要着急,来看看这个。
先上个图
树链剖分理解&&poj 3237_第3张图片
咱们先按搜索序来遍历一下,并在搜索过程中进行标号
节点  : 1 2 5 10  6  11 12 3 7 4  8  13 14 9
标号  :1 2 3  4  5  6   7 8 9 10 11 12 13 14
可以发现:(1)父节点总是比它的子孙节点的标号小(因为搜索先对的当前节点标号,继续搜索当前节点的子树是,标号只增不减)
(2)任意树的子孙节点标号区间是连续的(如树根为2的子树)
等等,揪得马得。通过搜索序标号处理,就把每个子树划分成了一个标号连续的区间。 连续,就可以用树状数组进行区间维护了。
假设已经用树状数组强行维护了
从两个方面考虑:
(1)更新:一个点u的值更新了,我们要修改的区间就是[p[u],p[u]+size[u]] (说明下,p[u]表示点u的搜索标号,size[u]表示根为u的树的节点个数。 之前提过,树根的值影响它的子树,那么映射到树状数组里,就是节点标号连续的区间)。这个需要好好体会下。
(2)查找 假如我们要查找从1到11这条链。对应要整合的树状数组的区间就是[1,2]+[5,6]。可以发现查找的区间是几段区间整合起来的。那么查找的次数=树状数组的查询运算次数* 查找一条链需要整合区间的数量 :log(n)*? 。
其实到这里,我们已经解决了用数据结构维护树的问题。但是查找一条链需要整合区间的数量并不确定。
因为这个受搜索序的影响,那么我们就要找到一种搜索序,使平均下来的 查找一条链需要整合区间的数量尽可能小。

这个时候就引入树链剖分的原理了。
耐心点看看。


那么,树链剖分的第一步当然是对树进行轻重边的划分。
定义size(x)为以x为根的子树节点个数,令v为u的儿子中size值最大的节点,那么(u,v)就是重边,其余边为轻边。


当然,剖分过程分为两次dfs,或者bfs也可以。
 
如果是两次dfs,那么第一次dfs就是找重边,也就是记录下所有的重边。
然后第二次dfs就是连接重边形成重链,具体过程就是:以根节点为起点,沿着重边向下拓展,拉成重链,不在当前重链上的节
点,都以该节点为起点向下重新拉一条重链。
 
 
剖分完毕后,每条重链相当于一段区间,然后用数据结构去维护,把所有重链首尾相接,放到数据结构上,然后维护整体(耐心,这句不理解继续往下看)。
 
在这里,当然有很多数组,现在我来分别介绍它们的作用:
 
siz[]数组,用来保存以x为根的子树节点个数
top[]数组,用来保存当前节点的所在链的顶端节点
son[]数组,用来保存重儿子
dep[]数组,用来保存当前节点的深度
fa[]数组,用来保存当前节点的父亲
tid[]数组,用来保存树中每个节点剖分后的新编号
rank[]数组,用来保存当前节点在线段树中的位置
 
那么,我们现在可以根据描述给出剖分的代码:
第一次dfs:记录所有的重边
 
void dfs1(int u,int father,int d)  
{  
    dep[u]=d;  
    fa[u]=father;  
    siz[u]=1;  
    for(int i=head[u];~i;i=next[i])  
    {  
        int v=to[i];  
        if(v!=father)  
        {  
            dfs1(v,u,d+1);  
            siz[u]+=siz[v];  
            if(son[u]==-1||siz[v]>siz[son[u]])  
                son[u]=v;  
        }  
    }  
}  

 

 
 
第二次dfs:连重边成重链,重儿子优先进行搜索(也就是说重边链接的树优先编号)。
 
void dfs2(int u,int tp)  
{  
    top[u]=tp;  
    tid[u]=++tim;  
    rank[tid[u]]=u;  
    if(son[u]==-1) return;  
    dfs2(son[u],tp);  
    for(int i=head[u];~i;i=next[i])  
    {  
        int v=to[i];  
        if(v!=son[u]&&v!=fa[u])  
            dfs2(v,v);  
    }  
}  
还是上面那个树,我们画个剖分后的图:
树链剖分理解&&poj 3237_第4张图片
可以发现重链上的标号,TMD居然是连续的。也就是说每条重链就对应的就是一段连续的区间。
当然,关于这个它有两个重要的性质:
(1)轻边(u,v)中,size(v)<=size(u/2)
(2)从根到某一点的路径上,不超过logn条轻边和不超过logn条重路径。
每条重链上标号是连续的,轻边链接的两个节点标号绝对不连续。由性质(2),能推出,每次查找一条链需要整合区间的数量不超过log(n)

那么总的查找效率就(log(n))^2.

引用博客:http://www.2cto.com/kf/201308/240268.html
理解完了,那就来A道题:poj 3237 Tree
Tree
Time Limit: 5000MS   Memory Limit: 131072K
Total Submissions: 6981   Accepted: 1913

Description

You are given a tree with N nodes. The tree’s nodes are numbered 1 through N and its edges are numbered 1 through N − 1. Each edge is associated with a weight. Then you are to execute a series of instructions on the tree. The instructions can be one of the following forms:

CHANGE i v Change the weight of the ith edge to v
NEGATE a b Negate the weight of every edge on the path from a to b
QUERY a b Find the maximum weight of edges on the path from a to b

Input

The input contains multiple test cases. The first line of input contains an integer t (t ≤ 20), the number of test cases. Then follow the test cases.

Each test case is preceded by an empty line. The first nonempty line of its contains N (N ≤ 10,000). The next N − 1 lines each contains three integers ab and c, describing an edge connecting nodes a and b with weight c. The edges are numbered in the order they appear in the input. Below them are the instructions, each sticking to the specification above. A lines with the word “DONE” ends the test case.

Output

For each “QUERY” instruction, output the result on a separate line.

Sample Input

1

3
1 2 1
2 3 2
QUERY 1 2
CHANGE 1 3
QUERY 1 2
DONE

Sample Output

1
3
#include 
#include 
#include 
#include 
#define INF 0x3f3f3f3f
#define MAX_N 10010
#define find_max(a,b) a>b?a:b
#define find_min(a,b) a>b?b:a
using namespace std;
int n;
struct edge{
	int next;
	int val;
};
struct num_edge{
	int u,v,p;
};
int num=0;//编号变量
int start;//在线段树中的起始
int size[MAX_N];//用来保存以x为根的子树节点个数
int top[MAX_N];//用来保存当前节点的所在链的顶端节点
int son[MAX_N];//用来保存重儿子
int depth[MAX_N];//用来保存当前节点的重链的深度
int fa[MAX_N];//用来保存当前节点的父亲
int tid[MAX_N];//用来保存树中每个节点剖分后的新编号
int rank[MAX_N];//用来保存线段树中各位置对应的节点
int dat[4*MAX_N];//区间最大值线段树数组
int val[MAX_N];//用来保存该点到父亲的边权值
vector g[MAX_N];//存储节点的边
vector list;//按输入顺序存储边
void dat_change(int,int);
int get_count()
{//对树节点的个数取对数,小数点进位
	int count=0;
	int t=n;
	while(t)
	{
		t/=2;
		++count;
	}
	return count;
}
void init()
{//初始化
	num=0;//标号置0
	list.clear();//清空编号
	for(int i=0;i<=n;++i)
	{//清空边
		g[i].clear();
		son[i]=-1;
	}
	start=(1<size[son[u]])//son记录重儿子
				son[u]=v;
		}
	}
}
void second_dfs(int u,int _top)
{//第二次深搜,确定每个节点的:重链顶部、标号、反标号、深度
	top[u]=_top;
	tid[u]=++num;
	dat_change(u,val[u]);
	rank[tid[u]]=u;
	if(son[u]==-1)
		return;
	depth[son[u]]=depth[u];
	second_dfs(son[u],_top);//优先搜索重儿子
	for(int i=0;i=depth[b]?a:b;
	int v=depth[a]>=depth[b]?b:a;
	while(depth[u]>depth[v])//深度齐平
		u=fa[top[u]];
	//上溯至同一重链
	while(top[u]!=top[v])
	{
		u=fa[top[u]];
		v=fa[top[v]];
	}
	//在同一重链中,标号是连续的,且标号小的为祖先,所以标号小的肯定为LCA
	int lca=tid[u]>tid[v]?v:u;
	return lca;
}
void dat_change(int a,int b)
{//线段树上的更新
	int ndat=start+tid[a];
	dat[ndat]=b;
	while(ndat>0)
	{
		ndat/=2;
		dat[ndat]=find_max(dat[ndat*2],dat[ndat*2+1]);
	}
}
void change(int i,int val)
{//修改编号为i的边的值
	int u=list[i-1].u;
	int v=list[i-1].v;
	if(fa[u]==v)
		dat_change(u,val);
	else dat_change(v,val);
	list[i-1].p=val;
}
void negate(int a,int b)
{//对a到b路径上的边的值变反并更新
	int lca=get_lca(a,b);
	while(a!=lca)
	{
		dat_change(a,-1*dat[start+tid[a]]);
		a=fa[a];
	}
	while(b!=lca)
	{
		dat_change(b,-1*dat[start+tid[b]]);
		b=fa[b];
	}
	//change(lca,-1*dat[start+tid[lca]]);
}
int dat_query(int a,int b,int l,int r,int k)
{//线段树上的查询
	// printf("a:%d b:%d l:%d r:%d k:%d\n",a,b,l,r,k);
	//在查询区间外
	if(rtid[b]?b:a;
	int v=tid[a]>tid[b]?a:b;
	// printf("3 # u:%d v:%d\n",u,v);
	if(u!=v)
	{
		u=son[u];
		res=find_max(res,dat_query(tid[u],tid[v],1,start+1,1));
		//printf("tid: %d - %d\n", tid[u],tid[v]);
		// printf("#tree: %d - %d\n", u,v);
	}
	return res;
}
void solve()
{
	int root=1;
	//进行树链剖分
	first_dfs(root,-1);
	second_dfs(root,root);
	// printf("start:%d \n",start);
	// for(int i=1;i<=n;++i)
	// {
	// 	printf("size[%d]:%d  ",i,size[i] );
	// 	printf("top[%d]:%d  ",i, top[i]);
	// 	printf("son[%d]:%d  ",i, son[i]);
	// 	printf("fa[%d]:%d  ", i,fa[i]);
	// 	printf("tid[%d]:%d  ", i,tid[i]);
	// 	printf("val[%d]:%d  ", i,val[i]);
	// 	printf("\n");
	// }
	// for(int i=1;i<=2*start+1;++i)
	// 	printf(" i:%d %d \n",i,dat[i]);
	//处理改、查
	char str[10];
	char choice[4][10]={"QUERY","NEGATE","CHANGE","DONE"};
	int a,b;

	scanf("%s",str);
	while(strcmp(str,choice[3]))
	{
		scanf("%d %d",&a,&b);
		if(!strcmp(str,choice[0]))
			printf("%d\n",query(a,b));
		else if(!strcmp(str,choice[1]))
			negate(a,b);
		else if(!strcmp(str,choice[2]))
			change(a,b);

		scanf("%s",str);
	}
}
int main()
{
	int t;
	scanf("%d",&t);
	while(t--)
	{
		scanf("%d",&n);
		init();
		int u,v,p;
		for(int i=0;i



你可能感兴趣的:(acm_数据结构)