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  • GMOJ 4289. Mancity 题解

    义正言辞地吐槽出题人:漏题面就算了,大家一起被坑;数据范围写错也能忍,数据水;但把一道大量细节的题的题解写的如此简陋就实在……

    于是有了这一篇又臭又长的东西。

    TIPS:由于这篇东西又臭又长,建议先翻到最下面理清楚每一步要干嘛再从上往下看。

    约定

    1. 如无特殊说明,“点 (i) ” 指“当前点”或“某个点”。
    2. “长度”指要走多少小时,“实际长度”指路径上所有边的权值和。
    3. (ToRt_i) 表示 (i)(Root) 的实际距离。

    首先

    先要知道两件事:

    定理1:路径可逆性,即 (x o y) 的长度和 (y o x) 的长度一样。

    定理2: 1.png

    如图,设绿色路径和黄色路径的长度均小于等于 (d) (注意,除非没有对应的红色路径或橙色路径,不能是0,原因后面讲),且走完红/橙色路径时水栓不能继续行进,那么 红色路径长度+蓝色路径长度+橙色路径长度 的值与 (x o y) 的答案一样。

    证明?没有证明,反正是对的

    然后

    因为我们有了定理2,所以我们尝试把询问拆成红色路径,橙色路径与蓝色路径来做。

    因为有定理1,所以我们假定红色路径和橙色路径都是向上的。于是就有一种显然的方法,倍增每个点向上走的小时数,然后合并即可。但由于毒瘤出题人卡 (O(nlogn)) 算法,所以我们寻求优化。

    注意到题目没有强制在线,考虑离线。

    第一步,我们先求出每个点向上走1个小时能走到哪,设 (T_i)(i) 个点向上走1个小时走到的结点,明显的点 (i)(T_i) 肯定在 (Root)(i) 的路径上。然后,因为 (i)(FA_i) 有距离(废话),所以这个点的 (T) 一定在 (T_{FA_i}) (父亲的 (T)(i) 的路径上

    我们把 (Root)(i) 的路径用个栈记录一下,然后在这个栈上从 (T_{FA_i}) 所在的位置向后枚举一个 (j),直到 (ToRt_i-ToRt_jle D) ,此时的 (j) 就是 (T_i)。因为每个点只会被枚举一次,所以时间复杂度 (O(n))

    接下来

    正片现在开始。

    首先我们如果要知道三大路径在哪,我们肯定要知道 (LCA) ,同样的,因为出题人卡 (O(nlogn)) 算法,所以需要使用离线的Tarjan算法求 (LCA)。什么?你不知道求 (LCA) 的Tarjan算法?戳我学习

    接下来,我们想,对于红色路径,其可以从 (x) 跳若干次 (T_x) 得到,由于每个点只有一个 (T) ,所以 (T) 数组本身可以表示一棵树(即 (T_i) 表示 (i) 的父亲结点),设这棵树为 (TreeT)。设 (x) 的顶端为 (Top) ,因为每跳一次 (T_x) 就要消耗1小时,那么红色路径的长度就是(TreeT)(x)(Top) 的实际长度

    由于我们不知道 (Top) 的具体位置,所以我们不能直接处理。于是再DFS一遍,假设现在有一个点 (i)(T_i)(m) ,那么显然 (i)(m)(TreeT) 中的实际长度就为1。而 (i)(TreeT) 中的子树上的所有结点到 (m) 的长度,就为它们到 (i) 的长度+1。 因为 (TreeT) 是一棵树,所以可以用并查集维护 (TreeT) ,在并查集中额外维护每个结点在 (TreeT) 中到 (Root) 的实际长度,采用路径压缩时,把其父亲所有点(可以包括 (Root),因为其值为0)的这个长度加到自己的长度上再压缩(注意不能使用按秩合并,这样会破坏树的原本结构,路径压缩也破坏,但因为一开始的结构正确,可以维护正确的值)。这样就可以以 (O(alpha(N))) 的时间复杂度维护所有 (TreeT) 的结点到 (Root) 的答案(实际高些,但无关紧要)。 我们在退出 (i) 时,把所有 (T_j=i) 的结点合并到 (i) 上来再回溯

    因为如果某个点跳过了 (LCA) ,跳到的点一定在 (LCA) 之上,所以在没有回溯 (LCA) 时,不会有点被合并到了 (LCA) 的上方。如果现在在 (LCA)(x)(y) 一定被合并到了 (LCA) 下方的某两个结点,这两个结点就是它们分别的 (Top) ,由于我们前面已经维护了路径长度,所以只要在并查集中找到 (Topx)(Topy)(把长度处理出来,同时等会要用),然后取出 (x)(y) 的额外值,就得到了红色路径和橙色路径的长度。

    而对于蓝色路径,可以知道其实际长度一定小于等于 (2 imes D)。那么如果其实际长度 (le D),其一定花费1小时,如果其实际长度 (>D) ,则一定花费2小时(当然有蓝色路径不存在的情况,此时 (x=y) ,需要特判一下)。蓝色路径的实际长度明显为 (ToRt_{Topx}+ToRt_{Topy}-2 imes ToRt_{LCA}) (两个 (Top)(Root) 的实际长度和(-2 imes LCA)(Root) 的实际长度),把三条路径的长度加起来,我们就可以得到答案了。

    梳理

    程序总流程:

    1. Tarjan

      1. (T_i) 设为 (T_{FA_i}) (注意现在还是一个栈上的位置)

      2. 然后求出 (T_i) 在栈上哪个位置

      3. DFS所有子结点

      4. (T_i) 改为栈上位置对应的点(从栈中取出)

      5. 处理 (LCA)

    2. 把所有的询问挂在 (LCA)

    3. DFS

      1. DFS所有子结点

      2. 处理所有被挂在这个点上的询问

      3. 把所有 (T_i=) 这个点的 (i) 合并到当前点上

    4. 输出

    至于为什么先处理询问再合并(即黄色路径和绿色路径不能为0),参考下图:

    graph.png

    (D=3) ,如果询问3 4,而2先把3合并到了2上,那么答案就为1+1(合并+2 ( o) 4 的长度),但答案明显是1。而如果不合并,3 ( o) 4 的实际长度为3,那么就能求出正确答案。

    Code

    Warning:丑到离谱

    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    #define N 500010
    using namespace std;
    int n,d,q,fa[N],up[N],ans[N];                 //基础信息,up为到父亲边的长度
    int last,a[N],b[N<<1][3];                     //树,链式前向星
    int ques[N][2],qlast,qa[N],qb[N<<1][4];       //询问,仍然是链式前向星,注意被重复利用过
    int ct[N],tars[N],lca[N],size,st[N],toup[N];  //ct为T,st为栈,tars为Tarjan用的并查集
    int ts[N][2],tlast,na[N],nb[N][2];            //ts为TreeT的并查集,其他是挂在T_i上的点,仍然是……
    template<typename T>void read(T &x){
    	char c=getchar();
    	for(;c<33;c=getchar());
    	for(x=0;(c>47)&&(c<58);x=x*10+c-48,c=getchar());
    }
    void add(int x,int y,int z){           //基础树加边
    	b[++last][0]=a[x];
    	b[last][1]=y;
    	b[last][2]=z;
    	a[x]=last;
    }
    void addt(int x,int y){                //TreeT加边
    	nb[++tlast][0]=na[x];
    	nb[tlast][1]=y;
    	na[x]=tlast;
    }
    void addq(int x,int y,int z,int c){    //挂询问
    	qb[++qlast][0]=qa[x];
    	qb[qlast][1]=y;
    	qb[qlast][2]=z;
    	qb[qlast][3]=c;
    	qa[x]=qlast;
    }
    int root(int m){                      //Tarjan用求根
    	return(tars[m]?tars[m]=root(tars[m]):m);
    }
    int troot(int m){                     //ts用求根
    	if(ts[m][0]){
    		int top=ts[m][0];
    		ts[m][0]=troot(top);
    		ts[m][1]+=ts[top][1];
    		return(ts[m][0]);
    	}
    	return(m);
    }
    void uni(int x,int y){                //Tarjan用合并
    	tars[root(y)]=root(x);
    }
    void tuni(int x,int y){               //ts用合并
    	x=troot(x);
    	y=troot(y);
    	if(x!=y){
    		ts[x][0]=y;
    		ts[x][1]++;
    	}
    }
    void tarjan(int m){
    	st[++size]=m;
    	toup[m]=toup[fa[m]]+up[m];
    	for(ct[m]=ct[fa[m]];toup[m]-toup[st[ct[m]]]>d;ct[m]++);   //求T的栈上位置
    	for(int i=a[m];i;i=b[i][0]){
    		if(b[i][1]!=fa[m]){
    			fa[b[i][1]]=m;
    			up[b[i][1]]=b[i][2];
    			tarjan(b[i][1]);
    			uni(m,b[i][1]);
    		}
    	}
    	ct[m]=st[ct[m]];                  //取出具体点
    	addt(ct[m],m);                    //加TreeT边
    	for(int i=qa[m];i;i=qb[i][0]){    //处理LCA
    		int get=root(qb[i][1]);
    		if(get!=qb[i][1]||get==m){
    			lca[qb[i][2]]=get;
    		}
    	}
    	size--;                           //记得退栈(我就忘过)
    }
    void dfs(int m){                          //求答案用DFS
    	for(int i=a[m];i;i=b[i][0]){
    		if(b[i][1]!=fa[m]){
    			dfs(b[i][1]);
    		}
    	}
    	for(int i=qa[m];i;i=qb[i][0]){     //处理所有询问
    		int x=troot(qb[i][1]),y=troot(qb[i][2]),last=toup[x]+toup[y]-2*toup[m];
    		ans[qb[i][3]]=ts[qb[i][1]][1]+ts[qb[i][2]][1]+(last>0)+(last>d);
    	}
    	for(int i=na[m];i;i=nb[i][0]){     //把下方点合并上来
    		tuni(nb[i][1],m);
    	}
    }
    int main(){
    	freopen("mancity.in","r",stdin);
    	freopen("mancity.out","w",stdout);
    	read(n);read(d);read(q);
    	for(int i=2;i<=n;i++){
    		int x,y;
    		read(x);read(y);
    		add(x,i,y);
    		add(i,x,y);
    	}
    	for(int i=1;i<=q;i++){
    		read(ques[i][0]);read(ques[i][1]);
    		addq(ques[i][0],ques[i][1],i,0);         //LCA的询问
    		addq(ques[i][1],ques[i][0],i,0);
    	}
    	tarjan(1);
    	memset(qa,0,sizeof(qa));                         //重复利用
    	qlast=0;
    	for(int i=1;i<=q;i++){
    		addq(lca[i],ques[i][0],ques[i][1],i);    //把询问挂在LCA上
    	}
    	dfs(1);
    	for(int i=1;i<=q;i++){
    		printf("%d
    ",ans[i]);
    	}
    	fclose(stdin);
    	fclose(stdout);
    	return(0);
    }
    
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