题目大意:给你一棵树,让你求结点 u 和 v 的最近公共祖先(即LCA)。
解题思路:这道题我学习了两种方法。一种是 tarjan 算法(dfs + 并查集) ,另一种是倍增法。tarjan算法是一种离线算法,较易理解,不再详述。着重谈一下在线算法 : 倍增法求LCA 。
tarjan 算法程序如下:
#include<iostream> #include<cstring> #include<cstdio> #include<string> #include<algorithm> #include<cmath> #include<vector> #define mem(a , b) memset(a , b , sizeof(a)) using namespace std ; const int MAXN = 1e4 + 5 ; int n ; int root ; int u , v ; vector<int> G[MAXN] ; bool vis[MAXN] ; int set[MAXN] ; void chu() { int i ; for(i = 0 ; i <= n ; i ++) { G[i].clear() ; set[i] = i ; } mem(vis , 0) ; } int find(int x) { int r = x ; while (r != set[r]) { r = set[r] ; } int t ; while (x != r) { t = set[x] ; set[x] = r ; x = t ; } return r ; } void init() { scanf("%d" , &n) ; chu() ; int i ; for(i = 0 ; i < n - 1 ; i ++) { int a , b ; scanf("%d%d" , &a , &b) ; G[a].push_back(b) ; vis[b] = true ; } scanf("%d%d" , &u , &v) ; for(i = 1 ; i <= n ; i ++) { if(!vis[i]) { root = i ; break ; } } mem(vis , 0) ; } void LCA(int x) { vis[x] = true ; int i ; for(i = 0 ; i < G[x].size() ; i ++) { int y = G[x][i] ; if(!vis[y]) { if(y == u) { if(vis[v]) { printf("%d\n" , find(v)) ; return ; } } else if(y == v) { if(vis[u]) { printf("%d\n" , find(u)) ; return ; } } LCA(y) ; set[y] = x ; } } } void solve() { LCA(root) ; } int main() { int T ; scanf("%d" , &T) ; while (T --) { init() ; solve() ; } return 0 ; }
基本思想是:
deep[i] 表示 i节点的深度, fa[i,j]表示 i 的 2^j (即2的j次方) 倍祖先,那么fa[i , 0]即为节点i 的父亲,然后就有一个递推式子:
fa[i,j]= fa [ fa [i,j-1] , j-1 ] ,可以这样理解:
设tmp = fa [i, j - 1] ,tmp2 = fa [tmp, j - 1 ] ,即tmp 是i 的第2 ^ (j - 1) 倍祖先,tmp2 是tmp 的第2 ^ (j - 1) 倍祖先 , 所以tmp2 是i 的第 2 ^ (j - 1) + 2 ^ (j - 1) = 2^ j 倍祖先,注意:这里的“倍”可不能理解为倍数的意思,而是距离节点i有多远的意思,节点i的第2 ^ j 倍祖先表示的节点u满足deep[ u ] - deep[ i ] = 2 ^ j。
这样子一个O(NlogN)的预处理求出每个节点的 2^k 的祖先
然后对于每一个询问的点对a, b的最近公共祖先就是:
先判断是否 d[x]< d[y] ,如果是的话就交换一下(保证 x 的深度大于 y 的深度), 然后把 x 调到与 y 同深度, 同深度以后再把a, b 同时往上调,调到有一个最小的 j 满足fa [x,j] != fa [y,j] (x,y是在不断更新的), 最后再把(x,y)往上调(x=p[x,0], y=p[y,0]) ,一个一个向上调直到x = y, 这时 x或y 就是他们的最近公共祖先。
Ps:如果还是不明白,就手动模拟一棵节点数为9的树(如下图所示),很快就会理解的。还有我不得不感叹一句 :二进制真的很神奇!!
请看代码:
#include<iostream> #include<cstring> #include<algorithm> #include<string> #include<cmath> #include<vector> #include<cstdio> #define mem(a , b) memset(a , b , sizeof(a)) using namespace std ; inline void RD(int &a) { a = 0 ; char t ; do { t = getchar() ; } while (t < '0' || t > '9') ; a = t - '0' ; while ((t = getchar()) >= '0' && t <= '9') { a = a * 10 + t - '0' ; } } inline void OT(int a) { if(a >= 10) { OT(a / 10) ; } putchar(a % 10 + '0') ; } const int MAXN = 10005 ; const int M = 30 ; vector<int> G[MAXN] ; bool vis[MAXN] ; int deep[MAXN] ; int fa[MAXN][M] ; int n ; int root ; void chu() { mem(vis , 0) ; mem(deep , 0) ; mem(fa , 0) ; int i ; for(i = 0 ; i <= n ; i ++) G[i].clear() ; } void dfs(int u) { vis[u] = true ; int i ; for(i = 0 ; i < G[u].size() ; i ++) { int v = G[u][i] ; if(!vis[v]) { deep[v] = deep[u] + 1 ; dfs(v) ; } } } void bz() // 倍增祖先 { int i , j ; for(j = 1 ; j < M ; j ++) { for(i = 1 ; i <= n ; i ++) { fa[i][j] = fa[ fa[i][j - 1] ][j - 1] ; } } } void swap(int &x , int &y) { int tmp = x ; x = y ; y = tmp ; } int LCA(int u , int v) { if(deep[u] < deep[v]) swap(u , v) ; int d = deep[u] - deep[v] ; int i ; for(i = 0 ; i < M ; i ++) { if( (1 << i) & d ) // 注意此处,动手模拟一下,就会明白的 { u = fa[u][i] ; } } if(u == v) return u ; for(i = M - 1 ; i >= 0 ; i --) { if(fa[u][i] != fa[v][i]) { u = fa[u][i] ; v = fa[v][i] ; } } u = fa[u][0] ; return u ; } void init() { scanf("%d" , &n) ; chu() ; int i ; for(i = 0 ; i < n - 1 ; i ++) { int a , b ; scanf("%d%d" , &a , &b) ; G[a].push_back(b) ; fa[b][0] = a ; if(fa[a][0] == 0) { root = a ; } } deep[root] = 1 ; dfs(root) ; bz() ; int u , v ; scanf("%d%d" , &u , &v) ; printf("%d\n", LCA(u , v)) ; } int main() { int T ; scanf("%d" , &T) ; while (T --) { init() ; } return 0 ; }