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  • 洛谷 P6922 [ICPC2016 WF]Longest Rivers 题解

    一、题目:

    洛谷原题

    codeforces原题

    二、思路:

    这道题官方题解讲的非常好,我这里就当是简单的翻译一下官方的题解吧。

    让我们从一条单独的河流 (p) 开始。我们的目的是让这条河流的排名尽可能的靠前。显然,在从 (p) 到根的路径上,我们都要选择 (p) 作为汇合点的名字。假设通过这样的选择后,(p) 的长度是 (L)。现在,问题变成了在其他汇合点上如何恰当地选择名字,使得尽可能少的河流比 (L) 长。

    如果一条河流比 (L) 长,那我们就称这条河流是长的。否则,称这条河流是短的。我们的目标是最小化长河流的数目(等价于最小化短河流变成长河流的地点的个数)。让我们接下来考虑那些不包括 (p) 的汇流点。

    • 如果至少有一条将要进入该汇流点的河流是长的,那么我们就可以让它继续流(从而终止其他河流)。
    • 如果所有的河流都是短的,那么我们要选择最短的河流让它继续流。

    时间复杂度 (O(n^2))——对于每个河流,我们都要执行上述过程。

    现在,让我们致力于一次性计算出所有河流的答案。

    对于每个河流 (p),我们的目标是回答“如果我们在 (p) 到根的路径上总是选择 (p),那么我们需要至少形成多少个比 (L) 长的河流”,这个问题等价于“我们需要至少形成多少个比 (L) 长的河流”而不带有其他的限制。为了看到这一点,让我们采取最优策略来形成尽可能少的、比 (L) 长的河流。然后考虑那些在 (p) 到根的路径上、没有选择 (p) 的汇流点,可以发现,如果我们在这些汇流点选择了 (p),长河流的数目并不会增多。既然无论多少次选择 (p)(p) 的长度都不会长于 (L),而且长河流的数目还有可能减少,那么我们当然可以在每个可以选择 (p) 的汇流点选择 (p)

    所以我们需要对于每个 (L),回答“至少需要形成多少个比 (L) 长的河流”这个问题。我们将会以 (L) 递增的顺序来一次性的回答所有问题。

    假设当前处理到了长度 (L),对于每个汇流点和每个叶子结点,它们都是以下三种状态的其中之一:

    • 至少有一条将要进入该交汇点的河流是长的(叶子结点不可能处于这种状态)。
    • 所有将要进入该交汇点的河流都是短的,但是流出该交汇点的河流将会变成长河流。
    • 所有将要进入该交汇点的河流都是短的,并且流出该交汇点的河流也是短河流。

    在第二种和第三种状态,根据贪心原则,我们选择最短的河流让它流出去。

    让我们以 (L=0) 开始。所有的叶子结点都处于状态 2,所有的汇流点都处于状态 1,共有 (N) 条长河流。

    (L) 增长时,可能有一些点会从状态 2 变到状态 3,也可能有一些点会从状态 1 变到状态 2。还可能有一些点会直接从状态 1 变到状态 3。比如下面这张图:

    (L)(1) 增长到 (5000) 时,汇流点 2、1 都会从状态 1 变成状态 3。汇流点 3 会从状态 1 变成状态 2。

    我们对于所有是状态 2 的节点维护一个小根堆,堆中保存的是二元组 ((l,x)),表示要想把 (x) 从状态 2 变成状态 3,(L) 至少应该等于 (l)。每次从堆中取出最小的 (l),把 (x) 的状态更改为 3。再去检查 (x) 的祖先有没有可能变状态(变成状态 2 的条件是所有儿子都是状态 3,但是别忘了特判直接从状态 1 蹦到状态 3 的情况)。由于一个点最多从状态 1 变到状态 2 一次,从状态 2 变到状态 3 一次,所以最终的时间复杂度是 (O(nlog n))

    三、代码:

    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    #include <string>
    #include <queue>
    #include <map>
    
    using namespace std;
    typedef pair<long long, int> PLI;
    #define FILEIN(s) freopen(s, "r", stdin)
    #define FILEOUT(s) freopen(s, "w", stdout)
    #define mem(s, v) memset(s, v, sizeof s)
    
    inline int read(void) {
        int x = 0, f = 1; char ch = getchar();
        while (ch < '0' || ch > '9') { if (ch == '-') f = -1; ch = getchar(); }
        while (ch >= '0' && ch <= '9') { x = x * 10 + ch - '0'; ch = getchar(); }
        return f * x;
    }
    
    const int MAXN = 1000005;
    const long long INF = 1e17;
    
    int n, m, head[MAXN], tot;
    int v[MAXN], fa[MAXN], cnt[MAXN];
    long long dp[MAXN], sum[MAXN];
    string name[MAXN];
    map<long long, int>ans;
    map<long long, int>::iterator it;
    
    struct Edge {
        int y, next;
        Edge() {}
        Edge(int _y, int _next) : y(_y), next(_next) {}
    }e[MAXN];
    
    priority_queue<PLI, vector<PLI>, greater<PLI> >q;
    
    inline void connect(int x, int y) {
        e[++tot] = Edge(y, head[x]);
        head[x] = tot;
    }
    
    void dfs(int x, int father) {
        fa[x] = father;
        sum[x] = sum[father] + v[x];
        long long minn = INF;
        for (int i = head[x]; i; i = e[i].next) {
            int y = e[i].y;
            dfs(y, x);
            ++cnt[x];
            minn = min(minn, dp[y]);
        }
        if (minn == INF) dp[x] = v[x];
        else dp[x] = minn + v[x];
    }
    
    int main() {
        n = read(); m = read();
        for (int i = m + 1; i <= m + n; ++i) {
            cin >> name[i];
            int y = read(); v[i] = read();
            connect(y, i);
        }
        for (int i = 1; i <= m; ++i) {
            int y = read();
            v[i] = read();
            connect(y, i);
        }
        dfs(0, 0);
        int now = 0;
        long long L = 0;
        for (int i = m + 1; i <= m + n; ++i) {
            q.push({ dp[i], i });
            ++now; // 维护状态2的节点个数。
        }
        while (q.size()) {
            int x = q.top().second; long long l = q.top().first; q.pop();
            L = l;
    
            --now;
            --cnt[fa[x]];
    
            if (fa[x] && !cnt[fa[x]]) {
                x = fa[x];
                while (x && L >= dp[x]) { // 检查x的祖先们。
                    --cnt[fa[x]];
                    if (cnt[fa[x]] == 0) {
                        x = fa[x];
                    }
                    else break;
                }
                if (x && cnt[x] == 0 && L < dp[x]) {
                    q.push({ dp[x], x });
                    ++now;
                }
            }
            ans[L] = now + 1;
        }
        ans[INF] = 0; // 防止越界。
        for (int i = m + 1; i <= n + m; ++i) {
            it = ans.upper_bound(sum[i]); 
            --it; // 由于在求解的过程中,L的增长并不是连续的,所以我们要找最后一个小于等于sum[i]的L所对应的答案。
            cout << name[i] << " " << (*it).second << endl;
        }
        return 0;
    }
    
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