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树链剖分教程 & bzoj 1036 [ZJOI2008] 树的统计 Count 题解

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【原题】

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[][]

一棵树上有n个节点,编号分别为1到n,每个节点都有一个权值w。我们将以下面的形式来要求你对这棵树完成一些操作: i. change u t : 把结点u的权值改为t ii. qmax u v: 询问从点u到点v的路径上的节点的最大权值 iii. qsum u v: 询问从点u到点v的路径上的节点的权值和 注意:从点u到点v的路径上的节点包括u和v本身

输入的第一行为一个整数n,表示节点的个数。接下来n – 1行,每行2个整数a和b,表示节点a和节点b之间有一条边相连。接下来n行,每行一个整数,第i行的整数wi表示节点i的权值。接下来1行,为一个整数q,表示操作的总数。接下来q行,每行一个操作,以“change u t”或者“qmax u v”或者“qsum u v”的形式给出。 对于100%的数据,保证1<=n<=30000,0<=q<=200000;中途操作中保证每个节点的权值w在-30000到30000之间。

对于每个“qmax”或者“qsum”的操作,每行输出一个整数表示要求输出的结果。

4

1 2

2 3

4 1

4 2 1 3

12

qmax 3 4

qmax 3 3

qmax 3 2

qmax 2 3

qsum 3 4

qsum 2 1

change 1 5

change 3 6

qmax 2 4

1

2

10

6

5

16

【序言】我可是用树链剖分做的= =树分治写起来更麻烦。树剖我今天刚刚入门= =,写一篇题解加深印象。

因为脑中还残存着的没学之前的一些想法,本教程更适合初学者吧。希望各路大牛也多多指导。

以下内容结合一篇讲的不错的教程,我加了一些改动,更加易懂吧。也请原创大牛释怀 = =。

【问题】在一棵树上进行路径的修改、求极值、求和。

【树链剖分的概念】树链,就是树上的路径。剖分,就是把路径分类为重链和轻链。树链剖分就是把一些点合成一条路径,使其在线段树中的编号(下标)有序,并用线段树来维护,使得查询、修改的效率大大提高(有点像莫队的分块思想)。假设我们把路径分好链了(先不要在乎是怎么分的),每次询问两个点对(x,y)时,若x和y在同一链中,直接询问线段树中的u和v(因为同一条链中下标是连续的)u,v是x,y对应的线段树中的点。否则的话,我们从深度大的点上一点一点向上爬,每次记录该点所在的链上的情况,直到x,y在同一条链上。

【注意】树链剖分中的线段树中每个点代表的意义可以是原图的边或点。这道题是点,我就以点来叙述。

【数组含义简介】记num[v]表示以v为根的子树的节点数,deep[v]表示v的深度(根深度为1),top[v]表示v所在的链的顶端节点,f[v]表示v的父亲,son[v]表示与v在同一重链上的v的儿子节点(姑且称为重儿子),tree[v]表示节点v在线段树中的编号,pre[v]表示线段树中编号是v的节点所对应的原图中的点(与tree相反)

只要把这些东西求出来,就能用logn的时间完成原问题中的操作。

【术语解释】

    重儿子:num[u]为v的子节点中num值最大的,那么u就是v的重儿子。

    轻儿子:v的其它子节点。

    重边:点v与其重儿子的连边。

    轻边:点v与其轻儿子的连边。

    重链:由重边连成的路径。

    轻链:轻边。

    剖分后的树有如下性质:

    性质1:如果(v,u)为轻边,则siz[u]

* 2 < siz[v];

    性质2:从根到某一点的路径上轻链、重链的个数都不大于logn。

    至于证明吧,我就不证了~~(其实我不会)只要能应用、并知道复杂度就行了。

【预处理算法实现】

    我们可以用两个dfs来求出fa、deep、num、son、top、tree、pre。

    dfs_1:把fa、deep、num、son求出来,比较简单。

    dfs_2:①我们依次标记tree[v](按搜索的顺序),同时得到pre。

           ②对于v,当son[v]存在(即v不是叶子节点)时,显然有top[son[v]] = top[v]。(没有就退出)

           ③然后我们先搜索v的重儿子u,并把u的重儿子、重孙子...的top值也置为top[v];

           ④接着我们再搜索v的轻儿子u,并把u的重儿子、重孙子...的top值置为u;

    将树中各边的权值在线段树中更新,建链和建线段树的过程就完成了。

【查询&修改算法实现】

    例如将u到v的路径上每条边的权值都加上某值x。

    记f1=top[u],f2=top[v]。

    当f1<>f2时:不妨设dep[f1]>=dep[f2],那么就更新u到f1的权值(logn),并使u=f[f1]。

    当f1=f2时:u与v在同一条重链上,直接更新u到v路径上的点的权值(logn),修改完成;

    重复上述过程,直到修改完成。

如下图所示,较粗的为重边,较细的为轻边。(轻边实质上是长度为1的链)节点编号旁边有个红色点的表明该节点是其所在链的顶端节点。蓝色数字请无视= =(因为是copy人家图的,他的线段树中存的是边)

树链剖分教程 & bzoj 1036 [ZJOI2008] 树的统计 Count 题解

    假设我们要修改11到10的路径时。

    我们通过11和10的不断向上爬(具体操作详见上面),使他们最终在1号点相交。这样,11只经过重链2--11,10只经过自己和链1--14,效率相当的高。(为什么觉得有点像ac自动机呢)

【回归原题】这样,原题就是裸的树链剖分了。具体注释看代码。

【代码】

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