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  • 「转载」基环树学习笔记

    本文转载于cly_none,并在此基础上修改 已征得本人同意并获取markdown源码 原地址


    基环树,也是环套树,简单地讲就是树上在加一条边。它形如一个环,环上每个点都有一棵子树的形式。因此,对基环树的处理大部分就是对树处理和对环处理。显然,难度在于后者。

    BZOJ1791 Island

    题意:有一个基环树和树组成的森林,共有(n)个结点,边有边权。试求其中所有联通块的直径之和。

    (n leq 10^6)

    我们只用考虑如何求出一个基环树的直径。

    首先,我们要对环上所有点的子树求出它们的直径和最大深度。然后,我们只用考虑在环上至少经过一条边的路径。那么,这种路径在环上一定有起始点和终点。(假设路径是从起始点开始,按顺时针方向走达到终点)

    不妨枚举这段路径在环上的终点。由于规定了这个点和方向,我们就可以拆环了。然后是一个经典的技巧,把环上元素复制一遍,就可以枚举全部拆环方案。设环上有(l)个结点。那么,我们枚举终点,就相当于在长度为(2l)的数组上不断滑动一个长度为(l)的区间。

    剩下的问题与基环树已经没什么关系了。设环上边权的前缀和为(sum),环上结点的子树的最大深度为(dep)
    那么,在环上起始点为(i),终点为(j)的路径能得到的长度就是(sum_j - sum_i + dep_j + dep_i)。既然枚举了(j),我们在滑动区间时就只用维护(dep_i - sum_i)的最大值就可以了。这个可以用单调队列实现。

    时间复杂度(O(n))


    CF835F. Roads in the Kingdom

    题意:有一棵(n)个结点的基环树,边有边权。需要从环上删去一条边,以最小化直径。输出最小化后的直径。

    (n leq 2 imes 10^5)

    本题和上道题类似,做法也相近。我们只用枚举删掉的是哪一条边,然后因为路径长度是(sum_j+dep_j-sum_i+dep_i)
    我们用两个set维护所有(sum_i+dep_i)(-sum_i + dep_i)。这样就能求直径只要从两个set中分别取出最大值就好了。当然,还要特判两个最大值是同一个结点的情况。

    时间复杂度(O(n log n))


    BZOJ2878 迷失游乐园

    题意:有一棵(n)个结点的基环树,边有边权。当你从一个结点出发后,你每次会等概率地选择下一个未被访问过的结点,并走到那个结点,直到与当前点相邻的结点都被访问过为止。试求等概率选择出发点,所走的路径长度的期望值。

    (n leq 10^5)

    先考虑如何对树做这个问题。我们设(dp_i)为从结点(i)开始,只向孩子结点走的路径的期望长度。按照题意可以得到(dp_i = frac {sum_{j in ch_i} dis(i,j) + dp_j} {|ch_I|})。在计算出所有(dp)值后,再从父亲向孩子结点更新,得到每个点的答案。这样,就是两遍树形dp,一次从下往上更新,一次从上往下更新。

    然后考虑对环的处理。环上的两个结点互相到达,既可以按顺时针方向走,也可以按逆时针方向走。因此,我们枚举这个方向,就可以拆环了。
    然后,我们可以用类似的方法,求出环上结点之间的贡献。这里特别提及一个细节,当在环上向右移动区间时,我们不但要删去区间旧左端点的贡献,还要考虑新左端点因为成为边界,不能再向左走,其贡献会增加。
    更确切地说,设旧左端点为(u),新左端点为(v),那么,原来对于(v)的,有(frac {1} {|ch_v| + 1})的可能向(u)走,但现在,就只有向它的子树走的可能了,故(v)的贡献会改变。

    这样,通过一次dfs,两次环上处理,再加一遍dfs,就能解决本题。

    时间复杂度(O(n))


    上面的问题中,我们可以直接拆环,把环上元素复制一遍来解决。然而,对于另一些问题,我们需要使用枚举环端点元素的状态的技巧,以实现破环成链。


    BZOJ1040 骑士

    题意:有一个基环树森林,含有(n)个结点。求其带权最大独立集。

    (n leq 10^6)

    关于如何求树的带权最大独立集,这里便不必赘述了。

    考虑处理环,我们枚举其中某个元素选还是不选,就能破环成链了。

    时间复杂度(O(n))


    ARC079F - Namori Grundy

    题意:有一个弱联通的有向图,含有(n)个结点和(n)条边。试问是否存在方案,赋给每个结点一个自然数权值(val_i),满足对于所有结点(u)(val_u = { m mex}{val_v | (u,v) in E})。一个集合的( m mex)是没有在这个集合中出现的最小自然数。

    (n leq 2 imes 10^5)

    唯一能导致无解情况出现的就只有环了。我们扣环之后,对环上所有结点的外向树做dfs,这样就只用考虑环了。

    顺便一提,对于所有已知({val_v | (u,v) in E})的结点(u)(val_u)直接暴力求就可以了。设(a_i)表示(val_u = i)时,以(u)为根的外向树中最少需要的结点数(包括(u))。那么,可以得到:

    • (a_0 = 1)
    • (a_i = sum_{k=0}^{i-1} a_i + 1)

    对这个数列求通项,得到(a_i = 2^i)。因此暴力求( m mex)(O(log n))的。

    (S_u)表示({val_v | (u,v) in E}),那么,对于环上所有结点(u)(val_u)要么是({ m mex} S_u),要么是(S_u)中没有出现的次小的自然数。后一种情况会出现当且仅当(u)在环上前一个结点的权值恰好等于({ m mex}S_u)。于是,我们枚举环上某一个结点是上面哪一种情况,在环上扫一遍判断一下就好了。

    时间复杂度(O(n log n))

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