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  • CF276E Little Girl and Problem on Trees

    此题为本人在Codeforces上独立AC的第一道洛谷紫色难度的题目,极具纪念意义,特此发布题解。

    题意简述

    题目链接

      给定一棵无边权的树,初始点权均为0,保证除根节点外其余节点的度数不超过2。执行m次操作,每次操作为以下两种操作之一:(1)0 u x d 将距离节点u不超过d的点的权值加上x;(2)1 u 查询节点u的权值。

    算法概述

      显然,树的形态就是根上挂了很多条链,考虑利用这个形态的特殊性。

      首先,如果距离d以内的点均与u在同一条链上,那么很好处理,直接线段树维护链上的区间权值即可,因为同一条链上的点dfs序是连续的,以下用id[u]表示节点u的dfs序。

      但是这道题并没有那么简单,这个d完全有可能超过dep[u],那么就会绕过根影响到u所在的链以外的点,如果直接将链以外的点的权值也一同处理了,则时间复杂度显然不行。

      考虑在根上挂标记,将需要增加的点权暂时保留在根上。以val[i]表示距离根i以内的点需要加上的权值,这个定义等价于深度小于等于i的点需要加上的权值(定义根节点深度为0)。

      我们用dep[u]表示节点u的深度,那么在查询节点u时,其保留在根上的还需增加的点权即为val[dep[u],dep[u]+1,…,n-1](一共n个节点,深度最大为n-1),也就是一段后缀和,故我们可以用树状数组维护。

      于是,我们就得到了一个可以很好解决这个问题的算法:

      对于修改操作:若d<dep[u],直接线段树维护即可;若d>=dep[u],则先在根上加标记,val[d-dep[u]]加上x,然后处理链,由于在根上加了标记之后,原链上距离根d-dep[u]以内的点已经被覆盖了,所以考虑有没有过多覆盖(即覆盖的范围超出了本来需要修改的范围),这显然不可能(反证:若过多覆盖,即d-dep[u]>dep[u]+d => dep[u]<0,矛盾!)。所以已覆盖的范围是必然小于等于我们原本需要覆盖的范围的,那么我们只需考虑还需修改的范围(但是已覆盖的范围可能已经包括了链的末端,所以还需要特判)。这个范围的顶端显然是链顶(id[u]-dep[u]+1)加上已覆盖的范围(d-dep[u]),即id[u]-2*dep[u]+d+1,而末端可能为原链的链尾(id[u]+len[ch[u]]-dep[u]),也有可能是id[u]+d,两者相比较一下取小即可。然后对于这个范围,用线段树做一下区间修改即可。

      为了快速得到链尾,我们可以预处理出ch[u]表示节点u所在的链的编号,len[i]表示编号为i的链的长度,即链尾节点的深度。

      对于查询操作:一部分是已修改的权值,直接线段树单点查询即可,另一部分是待修改的权值,被我们挂在根上,故树状数组区间查询后缀和即可。

      还有一个细节需要注意,由于树状数组维护的下标范围是从1开始的,而我们的深度最小是0,所以我们需要在对树状数组执行操作时的下标整体后移一位。

      时间复杂度O(mlogn)

    参考代码

    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    #include <algorithm>
    using namespace std;
    typedef long long ll;
    const int N=1e5+10;
    struct Edge{
    	int to,next;
    }edge[N<<1];int idx;
    int h[N];
    
    void add_edge(int u,int v){edge[++idx]={v,h[u]};h[u]=idx;}
    
    struct Segment_Tree{
    	int l,r;
    	ll sum;
    	ll add;
    	#define l(p) tree[p].l
    	#define r(p) tree[p].r
    	#define sum(p) tree[p].sum
    	#define add(p) tree[p].add
    }tree[N<<2];
    
    void push_up(int p){sum(p)=sum(p<<1)+sum(p<<1|1);}
    
    void spread(int p)
    {
    	if(add(p))
    	{
    		sum(p<<1)+=add(p)*(r(p<<1)-l(p<<1)+1);
    		sum(p<<1|1)+=add(p)*(r(p<<1|1)-l(p<<1|1)+1);
    		add(p<<1)+=add(p);
    		add(p<<1|1)+=add(p);
    		add(p)=0; 
    	}
    }
    
    void build(int p,int l,int r)
    {
    	l(p)=l,r(p)=r;
    	if(l==r)return;
    	int mid=l+r>>1;
    	build(p<<1,l,mid);
    	build(p<<1|1,mid+1,r);
    }
    
    void change(int p,int l,int r,int v)
    {
    	if(l<=l(p)&&r>=r(p))
    	{
    		sum(p)+=(ll)v*(r(p)-l(p)+1);
    		add(p)+=v;
    		return;
    	}
    	spread(p);
    	int mid=l(p)+r(p)>>1;
    	if(l<=mid)change(p<<1,l,r,v);
    	if(r>mid)change(p<<1|1,l,r,v);
    	push_up(p);
    }
    
    int query(int p,int pos)
    {
    	if(l(p)==r(p))return sum(p);
    	spread(p);
    	int mid=l(p)+r(p)>>1;
    	if(pos<=mid)return query(p<<1,pos);
    	else return query(p<<1|1,pos);
    }
    
    int dep[N],id[N];
    int len[N],ch[N];
    int timestamp,cnt;
    
    void dfs(int p,int f,int ch_id)
    {
    	id[p]=++timestamp;
    	dep[p]=dep[f]+1;
    	ch[p]=ch_id; //处理链的编号 
    	len[ch_id]=max(len[ch_id],dep[p]); //每条链的最大深度 
    	for(int i=h[p];~i;i=edge[i].next)
    	{
    		int to=edge[i].to;
    		if(to==f)continue;
    		dfs(to,p,ch_id);
    	}
    }
    
    void init()
    {
    	dep[1]=0;
    	id[1]=++timestamp;
    	for(int i=h[1];~i;i=edge[i].next)
    	{
    		int to=edge[i].to;
    		dfs(to,1,++cnt);
    	}
    }
    
    int tr[N];
    int n,m;
    
    int lowbit(int x){return x&-x;}
    
    void add_tree(int x,int y){for(;x<=n;x+=lowbit(x))tr[x]+=y;}
    
    int ask(int x)
    {
    	int ans=0;
    	for(;x;x-=lowbit(x))ans+=tr[x];
    	return ans;
    }
    
    int main()
    {
    	scanf("%d%d",&n,&m);
    	memset(h,-1,sizeof h);
    	for(int i=1;i<=n-1;i++)
    	{
    		int u,v;scanf("%d%d",&u,&v);
    		add_edge(u,v);
    		add_edge(v,u);
    	}
    	init();
    	build(1,1,n);
    	while(m--)
    	{
    		int tp;scanf("%d",&tp);
    		if(!tp) //修改操作 
    		{
    			int u,x,d;scanf("%d%d%d",&u,&x,&d);
    			if(u==1)add_tree(d+1,x); //根节点直接特殊处理,d+1是下标后移一位 
    			else if(d<dep[u]) //完全在链上的情况 
    				change(1,max(id[u]-d,id[u]-dep[u]+1),min(id[u]+len[ch[u]]-dep[u],id[u]+d),x); //顶端取max,末端取min 
    			else //需要在根上挂标记的情况 
    			{
    				add_tree(d-dep[u]+1,x); //处理根上的标记,+1同样也是因为下标后移一位 
    				if(id[u]+len[ch[u]]-dep[u]<id[u]+d-2*dep[u]+1)continue; //链尾<未被覆盖的第一个点,即链尾已被覆盖 
    				change(1,id[u]+d-2*dep[u]+1,min(id[u]+len[ch[u]]-dep[u],id[u]+d),x); //末端取min 
    			}
    		}
    		else //查询操作 
    		{
    			int u;scanf("%d",&u);
    			int ans=query(1,id[u]); //已经被修改的部分 
    			int sum=ask(n)-ask(dep[u]); //还保留在根上的待修改部分,范围是[dep[u],n-1],下标后移一位[dep[u]+1,n]
    			//由于树状数组查询的是前缀和,所以查询1~n和1~dep[u]相减即可。 
    			printf("%d
    ",ans+sum); //两部分相加即为答案 
    		}
    	}
    	
    	return 0;
    }
    

      

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