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  • 洛谷P2619 [国家集训队2]Tree I(带权二分,Kruscal,归并排序)

    洛谷题目传送门

    给一个比较有逼格的名词——WQS二分/带权二分/DP凸优化(当然这题不是DP)。

    用来解决一种特定类型的问题:

    (n)个物品,选择每一个都会有相应的权值,需要求出强制选(need)个物品时的最大/最小权值和。

    一般来说,我们求不限制个数的最大/最小权值和很容易,但在限制个数的前提下再求最值会变得有点困难。比较低效的做法是对状态再加设一个维度表示已选物品数量,然后通过DP等方法求出。

    应用前提:设(g_x)为强制选(x)个物品的最大/最小权值和,如果所有的点对((x,g_x))在平面上能够构成一个凸包,那么可以考虑使用WQS二分。

    所以说用三个名词合指它也不为过(提出者WQS,二分的量是权值增量,使用前提是凸函数)

    WQS的论文这里可以下载

    建议食用Creeper_LKF大佬的blog,数形结合的分析过程已经非常完整了。

    简单的来说,我们不能知道这个凸包长什么样子,但我们可以拿着一个斜率为(k)的直线去切这个凸包,相当于给每个物品附加了一个权值(k)。设直线的截距为(b),那么选(x)个物品后总权值就会等于(b+kx)。我们通过(O(n))的DP等方法找到最大的(b),同时也可以求出选了的个数(x),通过(x)(need)的关系来调整直线斜率继续二分。

    拿本题来说,选(x)条白边,可以写个平方DP然后发现(g_x)是个下凸函数。然后我们在([-100,100])(显然是斜率的上下界,因为更改一条边带来的权值和的更改不会超过(100))的范围内二分(k),之后所有白边的权值增加(k),跑一遍Kruscal统计选了多少条白边。如果这个数量大于等于(need)就调大(k),否则调小。

    最后斜率为(mid)的直线与凸包的切点就是答案,注意从中减去(k)的影响(ans-=mid*x

    边界问题Creeper_LKF大佬也证明了只要在边权相等的时候优先选白边就没问题了。

    写法上有一个优化:每次Kruscal的时候不用重新排序了。因为每次我们只是给所有白边整体加一个权值,所以如果我们先把白边和黑边分开排序的话,加完以后也还是有序的。每次Kruscal时只要用类似归并排序的方法(O(E))的扫一遍就可以啦!复杂度从(O(Elog Elog 200))降到了(O(Elog E+Elog200)),目前暂时rank1,欢迎超越。

    #include<cstdio>
    #include<algorithm>
    #define RG register
    #define R RG int
    #define G if(++ip==iend&&fread(ip=buf,1,N,stdin))
    using namespace std;
    const int N=5e5+9,M=1e6+9;
    char buf[N],*iend=buf+N,*ip=iend-1;
    inline int in(){
    	while(*ip<'-')G;
    	R x=*ip&15;G;
    	while(*ip>'-'){x=x*10+(*ip&15);G;}
    	return x;
    }
    struct Edge{
    	int u,v,w;bool c;
    	inline bool operator<(RG Edge&x){
    		return w<x.w;
    	}
    }e[M];
    int f[N];
    int getf(R x){
    	return x==f[x]?x:f[x]=getf(f[x]);
    }
    inline bool add(R i){//尝试加边并返回是否成功
    	if(getf(e[i].u)==getf(e[i].v))return 0;
    	f[f[e[i].u]]=f[e[i].v];return 1;
    }
    int main(){
    	R n=in(),mw=0,m=in(),need=in(),i,j;//mw为白边数量
    	for(i=0;i<m;++i){//点和边都从0开始存了
    		e[i].u=in();e[i].v=in();e[i].w=in();
    		if(!(e[i].c=in()))swap(e[mw++],e[i]);//将黑白边分开
    	}
    	sort(e,e+mw);sort(e+mw,e+m);
    	R l=-100,r=100,mid,ans;
    	while(l<r){
    		mid=(l+r+1)>>1;
    		for(i=0;i<n;++i)f[i]=i;
    		ans=i=0;j=mw;
    		while(i<mw&&j<m)//类归并排序
    			e[i].w+mid<=e[j].w?ans+=add(i++):add(j++);
    		while(i<mw)ans+=add(i++);//白边数量统计完整
    		ans<need?r=mid-1:l=mid;
    	}
    	mid=l;
    	for(i=0;i<n;++i)f[i]=i;
    	ans=i=0;j=mw;//最后算权值总和
    	while(i<mw&&j<m)
    		if(e[i].w+mid<=e[j].w)
    			ans+=(e[i].w+mid)*add(i),++i;
    		else ans+=e[j].w*add(j),++j;
    	while(i<mw)ans+=(e[i].w+mid)*add(i),++i;
    	while(j<m )ans+=e[j].w*add(j),++j;
    	printf("%d
    ",ans-need*mid);//减掉
    	return 0;
    }
    
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