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  • 培训补坑(day8:树上倍增+树链剖分)

    补坑补坑。。

    其实挺不理解孙爷为什么把这两个东西放在一起讲。。当时我学这一块数据结构都学了一周左右吧(超虚的)

    也许孙爷以为我们是省队集训班。。。

    好吧,虽然如此,我还是会认真写博客(保证初学者不会出现看不懂的情况啦,如果有的话可以在博客下方留言QAQ,我会尽量解答的。。)

    首先先讲一下倍增:

    倍增的思想是这样的:

    比如我们知道a[1]->a[2],a[2]->a[3],a[3]->a[4]这样的关系

    那么我们如果按照普通的方法通过a[1]->a[4]的话,那么我们要将所有的情况遍历一遍。

    但是如果我们预处理出倍增数组f[i][j]表示a[i]往后推2^j次后得到的结果,那么我们就能用logn解决这个问题。

    下面展示一下预处理过程:

    f[1][0]=2;f[2][0]=3;f[3][0]=4

    f[1][1]=3;f[2][1]=4;

    所以我们先找到f[1][1],再找到f[3][0]就可以找到a[4]了(是不是很神奇)

    那么我们既然在线性上可以倍增,那么在树上是否也可以倍增呢?答案是:可以。

    所以我们最典型的树上倍增问题就是求LCA。

    那么我们怎么求LCA呢?

    下面上图:

    在这个图中,我们要求6与5的最近公共祖先。

    而对于倍增算法来说,求LCA有两个步骤:

    1、让两个点的深度相同(如果找到公共祖先就直接输出)

    2、让两个点同时向上走同样的步数。

    我们先用倍增让6号点走到和5号点的深度相同的4号点。

    接下来我们试着让这两个点同时向上走2^i,2^i-1...2^0步,如果我们发现他们不是同一个点,那么就往上走。不然就不走。

    这样就会到达2和3号点

    在这之后,我们就会发现,两个点再往下走一步就是他们的LCA啦!

    这就是倍增求LCA的方法

    下面附上求LCA的代码

    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    using namespace std;
    struct data{
        int next,to;
    }g[500011];
    int depth[500011];
    int que[1000001];
    bool visit[500011];
    int head[500011];
    int fa[30][500011];
    int n,q,root,num=0;
    int lca(int u,int v){
        if(depth[u]<depth[v])swap(u,v);
        int dc=depth[u]-depth[v];
        for(int i=0;i<=29;i++)
        if((1<<i)&dc&&fa[i][u]){
        u=fa[i][u]; 
        }
        if(u==v)return u;
        for(int i=29;i>=0;i--)
        if(fa[i][u]!=fa[i][v]&&fa[i][u]){
        u=fa[i][u];
        v=fa[i][v]; 
        }
        return fa[0][u];
    }
    void bfs(int u)
    {
        memset(que,0,sizeof(que));
        memset(visit,0,sizeof(visit));
        visit[u]=true;
        que[1]=u;
        int h=1,l=1;
        while(h<=l)
        {
            int rt=que[h];
            for (int i=head[rt];i;i=g[i].next)
            {
                int v=g[i].to;
                if ( !visit[v] )
                 {
                        visit[v]=true;
                        depth[v]=depth[rt]+1;
                        que[++l]=v;
                 }
            }
            h++;   
        }
    }
    int main(){
        scanf("%d%d",&n,&q);
        memset(g,0,sizeof(g));
        memset(fa,0,sizeof(fa));
        memset(depth,0,sizeof(depth));
        for(int i=1;i<n;i++)
        {
        int f,t;
        scanf("%d%d",&f,&t);
        g[++num].next=head[f];
        head[f]=num;
        g[num].to=t;
        fa[0][t]=f;
        if(fa[0][f]==0)root=f;
        }
        for(int j=1;j<=29;j++)
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
             
            fa[j][i]=fa[j-1][fa[j-1][i]];
        }
        depth[root]=1;
        bfs(root);
        for(int i=1;i<=q;i++){
        {
            int num1,num2;
            scanf("%d%d",&num1,&num2);
            printf("%d
    ",lca(num1,num2));
        }   
        }
    }

    ——————————————————我是分割线——————————————————

    讲完了树上倍增,我们来到这节课的重点:树链剖分

     树链剖分简单来说,就是把一颗树切成许多的链,使原来的对点的访问变成对一条链的访问来加速算法,所以树链剖分是用来处理树上区间问题的。

     那么我们首先要引入一个概念:重链。

    重链,顾名思义(它比较重,,) ,它指的是一条链上的点都是重儿子。。。

    之所以叫做重儿子,是因为它的子树的节点数大于其他儿子的子树的节点数。

    比如在这个图中,红色的点就是蓝色点的重儿子:

    那么对于其他的儿子,他们也会组成由它们自己为链头的重链。所以我们就把整棵树变成了一条条链。

    那么这到底有什么优化呢?因为一个理论:从根节点到树上的任意一个点最多只会经过logn条重链。所以我们可以保证每次查询复杂度为O(logn)

    这就是优化的方法。

    那么我们懂得了如何剖分之后,我们来想想如何查找。

    就拿最经典的问题来说:LCA

    那么我们知道,假设我们把2个点都往上爬,当他们爬到了同一条链上的时候,我们就不用继续往上爬了,因为我们知道他们的LCA就是这2个点中深度较浅的一个点。

    然后显然我们要让两个点的深度之差变得更小,而不是让它变得更大,所以当我们发现两个点不在同一条链上的时候,我们就让深度较深的这个点爬到它所在的链的顶端的父节点。

    然后当他们在同一条链上的时候直接输出较浅的点即可。

    具体代码实现如下:

    int lca(int x,int y) 
    { 
        while(top[x]!=top[y]) 
            if(dep[top[x]]>dep[top[y]])x=fa[top[x]]; 
            else y=fa[top[y]]; 
        return dep[x]<dep[y]?x:y;     
    } 

    那么有时候我们是要在树上的一段区间进行修改,那么显然我们不能这么简单的修改,因为我们区间修改的操作一般是在线段树上进行的,如果我们不能知道这个点在线段树上的什么位置,那么我们就无法进行修改

    而对于这个问题,我们引进一个pos数组,表示的是这个点第一次在dfs序中出现的位置,这样我们每次在pos[top[x]],pos[x]这一段修改就好啦。具体实现如下。(这里贴的是区间查询的代码。区间修改的改一改就好了QAQ)

    long long mquery(int x){
        register long long res=0;
        while(top[x]!=1)res+=query(1,n,pos[top[x]],pos[x],1),x=fa[top[x]];
        return res+=query(1,n,pos[1],pos[x],1);
    }

    希望大家能够看懂。。看不懂真的抱歉,可能是我比较弱,说不清楚,所以有问题都可以问我啦:QQ:471751802

    还有,后面我会把所有树剖的题目都贴到博客上,有空的小伙伴们可以去看看咯

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/ghostfly233/p/7168324.html
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