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  • LCA && RMQ模版

    RMQ(space table算法)

    /*
    RMQ(Range Minimum/Maximum Query)问题:
       RMQ问题是求给定区间中的最值问题。当然,最简单的算法是O(n)的,但是对于查询次数很多(设置多大100万次),O(n)的算法效率不够。可以用线段树将算法优化到O(logn)(在线段树中保存线段的最值)。不过,Sparse_Table算法才是最好的:它可以在O(nlogn)的预处理以后实现O(1)的查询效率。下面把Sparse Table算法分成预处理和查询两部分来说明(以求最小值为例)。
    
    预处理:
    预处理使用DP的思想,f(i, j)表示[i, i+2^j - 1]区间中的最小值,我们可以开辟一个数组专门来保存f(i, j)的值。
    例如,f(0, 0)表示[0,0]之间的最小值,就是num[0], f(0, 2)表示[0, 3]之间的最小值, f(2, 4)表示[2, 17]之间的最小值
    注意, 因为f(i, j)可以由f(i, j - 1)和f(i+2^(j-1), j-1)导出, 而递推的初值(所有的f(i, 0) = i)都是已知的
    所以我们可以采用自底向上的算法递推地给出所有符合条件的f(i, j)的值。
    
    查询:
    假设要查询从m到n这一段的最小值, 那么我们先求出一个最大的k, 使得k满足2^k <= (n - m + 1).
    于是我们就可以把[m, n]分成两个(部分重叠的)长度为2^k的区间: [m, m+2^k-1], [n-2^k+1, n];
    而我们之前已经求出了f(m, k)为[m, m+2^k-1]的最小值, f(n-2^k+1, k)为[n-2^k+1, n]的最小值
    我们只要返回其中更小的那个, 就是我们想要的答案, 这个算法的时间复杂度是O(1)的.
    例如, rmq(0, 11) = min(f(0, 3), f(4, 3))
    */
    #include<iostream>
    #include<cmath>
    using namespace std;
    #define MAXN 1000000
    #define mmin(a, b)   ((a)<=(b)?(a):(b))
    #define mmax(a, b)   ((a)>=(b)?(a):(b))
    
    int num[MAXN];
    int f1[MAXN][100];
    int f2[MAXN][100];
    
    //sparse table算法
    void st(int n)
    { 
        int i, j, k, m;
        k = (int) (log((double)n) / log(2.0)); 
        for(i = 0; i < n; i++) 
        {
            f1[i][0] = num[i]; //递推的初值
            f2[i][0] = num[i];
        }
        for(j = 1; j <= k; j++)
        { //自底向上递推
            for(i = 0; i + (1 << j) - 1 < n; i++)
            {
                m = i + (1 << (j - 1)); //求出中间的那个值
                f1[i][j] = mmax(f1[i][j-1], f1[m][j-1]);
                f2[i][j] = mmin(f2[i][j-1], f2[m][j-1]);
            }
        }
    }
    
    //查询i和j之间的最值,注意i是从0开始的
    void rmq(int i, int j) 
    { 
        int k = (int)(log(double(j-i+1)) / log(2.0)), t1, t2; //用对2去对数的方法求出k
        t1 = mmax(f1[i][k], f1[j - (1<<k) + 1][k]);
        t2 = mmin(f2[i][k], f2[j - (1<<k) + 1][k]);
        printf("%d\n",t1 - t2);
    }
    
    int main()
    {
        int i,N,Q,A,B;
        scanf("%d %d", &N, &Q);
        for (i = 0; i < N; ++i)
        {
            scanf("%d", num+i);
        }
    
        st(N); //初始化
        while(Q--)
        {
            scanf("%d %d",&A,&B);
            rmq(A-1, B-1);
        }
        return 0;
    }

    LCA(tarjan算法)

    #include <iostream>
    #include <vector>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    using namespace std;
    #pragma warning(disable : 4996)
    
    const int MAX = 10005;
    int father[MAX];//表示x的父节点
    int ranks[MAX];//表示x的秩
    int indegree[MAX];//保存每个节点的入度
    bool visited[MAX];//标记访问
    vector<int> tree[MAX], Ques[MAX];
    int ancestor[MAX];
    
    void init(int n)
    {
    	for(int i = 1; i <= n; i++)
    	{
    
    		ranks[i] = 1;
    		father[i] = i;
    		indegree[i] = 0;
    		visited[i] = false;
    		ancestor[i] = 0;
    		tree[i].clear();
    		Ques[i].clear();
    	}
    
    }
    
    int find(int x)
    {
    	if(x != father[x])
    	{
    		father[x] = find(father[x]);
    	}
    	return father[x];
    }//查找函数,并压缩路径
    
    void Union(int x, int y)
    {
    	x = find(x);
    	y = find(y);
    	if(x == y)
    	{
    		return;
    	}
    	else if(ranks[x] <= ranks[y])
    	{
    		father[x] = y;
    		ranks[y] += ranks[x];
    	}
    	else
    	{
    		father[y] = x;
    		ranks[x] += ranks[y];
    	}
    
    }//合并函数
    
    void LCA(int u)
    {
    	int size;
    	ancestor[u] = u;
    	size = tree[u].size();
    	for(int i = 0; i < size; i++)
    	{
    		LCA(tree[u][i]);
    		Union(u, tree[u][i]);
    		ancestor[find(u)] = u;
    	}
    	visited[u] = true;
    	size = Ques[u].size();
    	for(int i = 0; i < size; i++)
    	{
    		//如果已经访问了问题节点,就可以返回结果了.
    		if(visited[Ques[u][i]])
    		{
    			printf("%d\n", ancestor[find(Ques[u][i])]);
    			return;
    		}
    	}
    }
    
    int main()
    {
    	freopen("in.txt", "r", stdin);
    	int cnt, n, x, y;
    	scanf("%d", &cnt);
    	while(cnt--)
    	{
    		scanf("%d", &n);
    		init(n);
    		for(int i = 1; i < n; i++)
    		{
    			scanf("%d %d", &x, &y);
    			tree[x].push_back(y);
    			indegree[y]++;
    		}
    		//这里可以输入多组询问
    		scanf("%d %d", &x, &y);
    		//相当于询问两次
    		Ques[x].push_back(y);
    		Ques[y].push_back(x);
    		for(int i = 1; i <= n; i++)
    		{
    			//寻找根节点
    			if(indegree[i] == 0)
    			{
    				LCA(i);
    				break;
    			}
    		}
    	}
    	return 0;
    }
    
    
    邻接表实现:
    
    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    using namespace std;
    #pragma warning(disable : 4996)
    const int MAXN = 40002;
    typedef struct Edge
    {
    	int v;
    	int w;
    	int next;
    }Edge;
    int cnt, edge_head[MAXN], ask_head[MAXN];
    int father[MAXN], dist[MAXN], ans[201];
    bool visited[MAXN];
    Edge edge[2 * MAXN], ask[404];
    
    int find(int x)
    {
    	if (x != father[x])
    	{
    		father[x] = find(father[x]);
    	}
    	return father[x];
    }
    
    void add_edge(int x, int y, int z)
    {
    	edge[cnt].v = y;
    	edge[cnt].w = z;
    	edge[cnt].next = edge_head[x];
    	edge_head[x] = cnt++;
    }
    
    void add_ask(int x, int y, int cast)
    {
    	ask[cnt].v = y;
    	ask[cnt].w = cast;
    	ask[cnt].next = ask_head[x];
    	ask_head[x] = cnt++;
    }
    
    void Tarjan(int k)
    {
    	visited[k] = true;
    
    	for (int i = ask_head[k]; i != 0; i = ask[i].next)
    	{
    		if (visited[ask[i].v])
    		{
    			ans[ask[i].w] = dist[ask[i].v] + dist[k] - 2 * dist[find(ask[i].v)];
    		}
    	}
    
    	for (int i = edge_head[k]; i != 0; i = edge[i].next)
    	{
    		if (!visited[edge[i].v])
    		{
    			dist[edge[i].v] = dist[k] + edge[i].w;
    			Tarjan(edge[i].v);
    			edge[i].v = find(edge[i].v);
    			father[edge[i].v] = k;
    		}
    	}
    
    }
    
    int main()
    {
    	freopen("in.txt", "r", stdin);
    	int i, m, n;
    	int x, y, z;
    	int t;
    	scanf("%d", &t);
    	while (t--)
    	{
    		scanf("%d %d", &n, &m);
    		for (i = 1; i <= n; i++)
    		{
    			edge_head[i] = ask_head[i] = 0;
    			father[i] = i;
    			visited[i] = false;
    		}
    
    		cnt = 1;
    		for (i = 1; i < n; i++)
    		{
    			scanf("%d%d%d", &x, &y, &z);
    			add_edge(x, y, z);
    			add_edge(y, x, z);
    		}
    		cnt = 1;
    		for (i = 1; i <= m; i++)
    		{
    			scanf("%d%d", &x, &y);
    			add_ask(x, y, i);
    			add_ask(y, x, i);
    		}
    		dist[1] = 0;
    		Tarjan(1);
    
    		for (i = 1; i <= m; i++)
    			printf("%d\n", ans[i]);
    	}
    	return 0;
    }
    


    另附一个个人感觉比较好的模版,主要是实用性强。

    /*
     *算法引入:
     *树上两点的最近公共祖先;
     *对于有根树的两个结点u,v,最近公共祖先LCA(T,u,v)表示一个结点x,满足x是u,v的祖先且x的深度尽可能大;
     *对于x来说,从u到v的路径一定经过点x;
     *
     *算法思想:
     *Tarjan_LCA离线算法;
     *Tarjan算法基于dfs的框架,对于新搜到的一个结点,首先创建由这个结点构成的集合,再对当前结点的每个子树进行搜索;
     *每搜索完一棵子树,则可确定子树内的LCA询问都已解决,其他的LCA询问的结果必然在这个子树之外;
     *这时把子树所形成的集合与当前结点的集合合并,并将当前结点设为这个集合的祖先;
     *之后继续搜索下一棵子树,直到当前结点的所有子树搜完;
     *
     *这时把当前结点也设为已被检查过的,同时可以处理有关当前结点的LCA询问;
     *如果有一个从当前结点到结点v的询问,且v已经被检查过;
     *则由于进行的是dfs,当前结点与v的最近公共祖先一定还没有被检查;
     *而这个最近公共祖先的包含v的子树一定已经搜索过了,那么这个最近公共祖先一定是v所在集合的祖先;
     *
     *算法步骤:
     *对于每一个结点:
     *(1)建立以u为代表元素的集合;
     *(2)遍历与u相连的结点v,如果没有被访问过,对于v使用Tarjan_LCA算法,结束后将v的集合并入u的集合;
     *(3)对于与u有关的询问(u,v),如果v被访问过,则结果就是v所在集合的代表元素;
     *
     *算法示例:
     *HDU2586(How far away?)
     *
     *题目大意:
     *求树上任两点间的距离;
     *
     *算法思想:
     *先dfs一遍,求出到根节点的dis;
     *对于某个询问,求u和v的lca,然后res[i]=d[u]+d[v]-2*d[lca(u,v)];
     *
    **/
    
    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    #include<cmath>
    #include<algorithm>
    using namespace std;
    #pragma warning(disable : 4996)
    
    const int MAXN = 40004;
    
    int father[MAXN];
    int head[MAXN*2];
    int qhead[MAXN];//询问
    bool visited[MAXN];
    
    int dist[MAXN];
    int ans[MAXN];
    
    typedef struct node
    {
        int to;
        int w;
        int next;
        int lca;
    }node;
    
    node edge[MAXN*2];
    node qedge[MAXN];//询问边
    
    int n,m;
    int cnt1, cnt2;
    
    void Addedge(int u, int v, int w)
    {
        edge[cnt1].w = w;
        edge[cnt1].to = v;
        edge[cnt1].next = head[u];
        head[u] = cnt1;
        cnt1++;
    
        edge[cnt1].w = w;
        edge[cnt1].to = u;
        edge[cnt1].next = head[v];
        head[v] = cnt1;
        cnt1++;
    }
    
    void Addqedge(int u, int v)
    {
        qedge[cnt2].to = v;
        qedge[cnt2].next = qhead[u];
        qhead[u] = cnt2;
        cnt2++;
    
        /*qedge[cnt2].to=u;
        qedge[cnt2].next=qhead[v];
        qhead[v]=cnt2;
        cnt2++;*/
    }
    
    void dfs(int u, int f, int w)
    {
        dist[u] = w;
        for(int i = head[u]; i != -1; i = edge[i].next)
        {
            int v = edge[i].to;
            if(v == f)
    		{
                continue;
    		}
            dfs(v, u, w + edge[i].w);
        }
    }
    
    int Find(int x)
    {
        if(x != father[x])
    	{
    		father[x] = Find(father[x]);
    	}
        return father[x];
    }
    
    void Tarjan_LCA(int u)//离线LCA算法
    {
        father[u] = u;
        visited[u] = true;
        for(int i = head[u]; i != -1; i = edge[i].next)
        {
            if(!visited[edge[i].to])
            {
                Tarjan_LCA(edge[i].to);
                father[edge[i].to] = u;
            }
        }
    
        for(int i = qhead[u]; i != -1; i = qedge[i].next)
        {
            if(visited[qedge[i].to])
            {
                qedge[i].lca = Find(qedge[i].to);
                //printf("%d和%d的最近公共祖先为: %d\n",u,qedge[i].to,qedge[i].lca);
                ans[i] = dist[u] + dist[qedge[i].to] - 2 * dist[qedge[i].lca];
               // qedge[i+1].lca=qedge[i].lca;
            }
        }
    }
    
    void init()
    {
        for(int i = 0; i <= n; i++)
    	{
            father[i] = i;
    		head[i] = -1;
    		qhead[i] = -1;
    		visited[i] = false;
    	}
        cnt1 = cnt2 = 0;
        int u, v, w;
        for(int i = 1; i < n; i++)
        {
            scanf("%d %d %d", &u, &v, &w);
            Addedge(u, v, w);
        }
    
        for(int i = 0; i < m; i++)
        {
            scanf("%d %d", &u, &v);
            Addqedge(u, v);
        }
    
        dfs(1, 0, 0);
        Tarjan_LCA(1);
    }
    
    int main()
    {
        freopen("in.txt", "r", stdin);
        int t;
        scanf("%d", &t);
        while(t--)
        {
            scanf("%d %d", &n, &m);
            init();
            for(int i = 0; i < m; i++)
    		{
                printf("%lld\n", ans[i]);
    		}
        }
        return 0;
    }
    




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