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  • 【CSPS 2019】【洛谷P5658】括号树

    题目:

    题目链接:https://www.luogu.org/problem/P5658?contestId=24103

    本题中合法括号串的定义如下:

    1. () 是合法括号串。
    2. 如果 A 是合法括号串,则 (A) 是合法括号串。
    3. 如果 AB 是合法括号串,则 AB 是合法括号串。

    本题中子串不同的子串的定义如下:
    4. 字符串 S 的子串是 S连续的任意个字符组成的字符串。S 的子串可用起始位置 \(l\) 与终止位置 \(r\) 来表示,记为 \(S (l, r)\)\(1 \leq l \leq r \leq |S |\)\(|S |\) 表示 S 的长度)。
    5. S 的两个子串视作不同当且仅当它们在 S 中的位置不同,即 \(l\) 不同或 \(r\) 不同。

    一个大小为 \(n\) 的树包含 \(n\) 个结点和 \(n − 1\) 条边,每条边连接两个结点,且任意两个结点间有且仅有一条简单路径互相可达。

    小 Q 是一个充满好奇心的小朋友,有一天他在上学的路上碰见了一个大小为 \(n\) 的树,树上结点从 \(1\)\(n\) 编号,\(1\) 号结点为树的根。除 \(1\) 号结点外,每个结点有一个父亲结点,\(u\)\(2 \leq u \leq n\))号结点的父亲为 \(f_u\)\(1 ≤ f_u < u\))号结点。

    小 Q 发现这个树的每个结点上恰有一个括号,可能是()。小 Q 定义 \(s_i\) 为:将根结点到 \(i\) 号结点的简单路径上的括号,按结点经过顺序依次排列组成的字符串。

    显然 \(s_i\) 是个括号串,但不一定是合法括号串,因此现在小 Q 想对所有的 \(i\)\(1\leq i\leq n\))求出,\(s_i\) 中有多少个互不相同的子串合法括号串

    这个问题难倒了小 Q,他只好向你求助。设 \(s_i\) 共有 \(k_i\) 个不同子串是合法括号串, 你只需要告诉小 Q 所有 \(i \times k_i\) 的异或和,即:

    \[(1 \times k_1)\ \text{xor}\ (2 \times k_2)\ \text{xor}\ (3 \times k_3)\ \text{xor}\ \cdots\ \text{xor}\ (n \times k_n) \]

    其中 \(xor\) 是位异或运算。

    思路:

    我们设\(ans[x]\)表示路径\((1,x)\)中构成的括号串,以\(x\)节点为右端点的所有区间有多少个合法括号串。

    • 那么如果\(x\)位置为(,那么显然\(ans[x]=0\)
    • 如果\(x\)位置为),设\(cnt[x][1/2]\)为路径\((1,x)\)中左括号和右括号的个数,那么一个\(x\)节点的祖先\(y\)可以对\(ans[x]\)做贡献,当且仅当满足一下两个条件:
      \((1)\ cnt[x][1]-cnt[y][1]=cnt[x][2]-cnt[y][2]\)
      \((2)\ ∀p\in(y,x)\),满足\(cnt[p][2]\geq cnt[p][1]\)

    那么我们就可以在访问每一个节点时,依次枚举它的每一个祖先,如果满足\(cnt[x][1]-cnt[y][1]=cnt[x][2]-cnt[y][2]\),那么\(ans[x]++\)。直到\(cnt[y][2]< cnt[y][1]\)时停止枚举。
    这样我们就得到了一个\(O(n^2)\)的算法,获得了\(50pts\)的好成绩。
    我们发现,其实我们只关心在路径\((1,x)\)中,深度最大的不满足\(cnt[p][2]\geq cnt[p][1]\)的节点\(p\)是哪一个。这样所有在路径\((son[p],x)\)中满足条件\((1)\)的点都可以做贡献。

    其实\((1)\)的条件可以转化为\(cnt[x][1]-cnt[x][2]=cnt[y][1]-cnt[y][2]\)。所以我们可以用\(pos[s][tot]\)记录\(cnt[y][1]-cnt[y][2]=s\)的每一个\(x\)的祖先\(y\)编号。这样如果\(cnt[x][1]-cnt[x][2]=s\),那么能对\(x\)做贡献的点就都在\(pos[s]\)中。
    那么我们可以用一个栈来记录\(cnt[p][2]<cnt[p][1]\)的所有\(p\)。其中\(p\)\(x\)的祖先。此时如果节点\(x\)(,那么直接将\(x\)扔进栈里。如果\(x\)),那么就弹出栈顶。
    这样如果栈顶是\(p\),那么能对\(x\)做贡献的就是同时在路径\((son[p],x)\)\(pos[cnt[x][1]-cnt[x][2]\)的节点。
    所以就可以二分出\(ans[x]\)
    发现\(pos\)中最多只会有\(n\)个元素,所以可以开一个\(vector\)
    求出\(ans[x]\)后,路径\((1,x)\)的合法括号串个数就是\(\sum^{y\texttt{是}x\texttt{的祖先}}_{y}ans[y]\)。做前缀和即可。
    注意回溯时需要在栈中弹出\(x\)
    时间复杂度\(O(n\log n)\)

    代码:

    #include <stack>
    #include <cstdio>
    #include <vector>
    #include <cstring>
    #include <algorithm>
    using namespace std;
    typedef long long ll;
    
    const int N=500010,Inf=1e9;
    int n,tot,a[N],cnt[N][3],head[N];
    ll ans[N],orz;
    char ch;
    vector<int> pos[N*2];
    stack<int> del;
    
    struct edge
    {
    	int next,to;
    }e[N];
    
    void add(int from,int to)
    {
    	e[++tot].to=to;
    	e[tot].next=head[from];
    	head[from]=tot;
    }
    
    int binary(int x,int tp)
    {
    	int l=0,r=pos[x].size(),mid,res;
    //	for (int i=l;i<r;i++) printf("%d ",pos[x][i]);putchar(10);
    	while (l<=r)
    	{
    		mid=(l+r)>>1;
    		if (pos[x][mid]>=tp) r=mid-1,res=mid;
    			else l=mid+1;
    	}
    	return res;
    }
    
    void dfs(int x,int fa)
    {
    	cnt[x][1]=cnt[fa][1]; cnt[x][2]=cnt[fa][2];
    	cnt[x][a[x]]++;
    	int s=cnt[x][1]-cnt[x][2]+N,pp=-1;
    	if (a[x]==1) del.push(x);
    	else
    	{
    		if (del.size()>1)
    		{
    			pp=del.top();
    			del.pop();
    		}
    		int tp=del.top();
    		pos[s].push_back(Inf);
    		ans[x]=pos[s].size()-binary(s,tp)-1;
    		pos[s].pop_back();
    	}
    	ans[x]+=ans[fa];
    	orz^=1LL*x*ans[x];
    	pos[s].push_back(x);
    	for (int i=head[x];~i;i=e[i].next)
    		dfs(e[i].to,x);
    	pos[s].pop_back();
    	if (del.top()==x) del.pop();
    	if (pp!=-1) del.push(pp);
    }
    
    int main()
    {
    	memset(head,-1,sizeof(head));
    	scanf("%d",&n);
    	for (int i=1;i<=n;i++)
    	{
    		//while (ch=getchar()) if (ch=='('||ch==')') break;
    		while (1)
    		{
    			ch=getchar();
    			if (ch=='('||ch==')') break;
    		}
    		if (ch=='(') a[i]=1;
    			else a[i]=2;
    	}
    	for (int i=2,x;i<=n;i++)
    	{
    		scanf("%d",&x);
    		add(x,i);
    	}
    	del.push(-1);pos[N].push_back(0);
    	dfs(1,0);
    	printf("%lld\n",orz);
    //	for (int i=1;i<=n;i++)
    //		printf("%lld ",ans[i]);
    	return 0;
    }
    
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