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点分树 学习笔记

时间:2024-07-16 20:19:00浏览次数:14  
标签:子树 重心 int 分治 笔记 学习 原树 点分树

前言

还真没有。

点分树

点分树是个神秘的东西。

点分树是通过更改原树形态使树的层数变为稳定 \(\log n\) 的一种重构树。

常用于解决与树原形态无关的带修改问题。

是这样的,有些树上问题,看起来用别的树形结构做不了,点分治能做。

但是它不仅多次询问(\(n\) 同级),还带修,有时候甚至强制在线,点分治直接去世了!

这个时候,当问题又跟树的形态关系不算很大时候(说完全无关也不可能是吧),点分树登场。

它提前做一遍点分治,建立一棵重构树,然后每次询问直接在这颗树上搞就行了。

树的建法

其实很简单,把点分治每轮的重心连起来就行了。

(比如说第一轮选中重心,分成很多个子树递归求解,每个子树的重心都向原重心连边,这样做下去就行了)

容易发现这样做完后,树的形态和原树大相径庭,但是它仍有 3 条重要性质:

  1. 树高 \(O(\log n)\) 级别,意味着很多暴力算法在这棵树上做复杂度也是 \(O(n\log n)\) 的。

  2. 两点点分树上的 lca 必然存在于两点原树路径上。

  3. 每个点的子树正式点分治算法时候它的子树。

简单运用

那么具体有什么用?我们看一道例题:

一棵树,单点修改,查询所有到某点距离小于等于某个值的点权值和,多次询问,强制在线。

先考虑不带修改,单次询问,此时可以使用暴力点分治,每次问一个子树内距离根(指重心)小于等于某个数的点求和,注意有不少的子树根本不用进去,在大的子树算完后只需要进入那个点所在的子树就行了,注意要把这个子树刚刚计算的答案(错误的答案)容斥掉。

好的带上多测之后,发现我在询问“子树内距离根(指重心)小于等于某个数的点求和”时候,子树变化很小,每次暴力算太愚蠢了。

那么我们能不能把这个结果预处理一下?可以的。

事实上,我们对于每个点都开一个值域线段树,上面存好子树内所有点到根的距离对应的和,然后询问的话直接查询一个前缀和就好了。

考虑容斥时候,减去的那个子树的计算是按到上一级重心的距离,但是到上一级重心又属于这个子树的已经在上面的线段树里打乱了,没法调出来单独求和。

咋办?每个点多开一个线段树存储上一级就行了。

修改的话,这个点到点分树的跟路径上都要修改,改动它们的两棵线段树。

注意:点分树的形态和原树大相径庭,故距离的变化并不是单调的,要经常性的求树上两点的距离,实现要求不精细直接倍增即可,要求精细就写个 dfs 序来 \(O(1)\) 查询(也存在直接存储的做法,不过我懒得搞了)。

以下是非常史的本题 AC 代码。

注释过几天加上。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define N 114514
int vis[N],a[N];
vector<int> e[N];
int sz[N],mxs[N],rt;
vector<int> col[N];
//LCA
int d[N],f[N][20];
void dfs(int u)
{
	for(int i=1;(1<<i)<=d[u];i++) f[u][i]=f[f[u][i-1]][i-1];
	for(auto v:e[u]) if(v!=f[u][0])
		d[v]=d[u]+1,f[v][0]=u,dfs(v);
}
int dis(int xx,int yy)
{
	if(d[xx]<d[yy]) swap(xx,yy);
	int x=xx,y=yy;
	for(int i=17;i>=0;i--) if(d[f[x][i]]>=d[y]) x=f[x][i];
	if(x==y) return d[xx]-d[x];
	for(int i=17;i>=0;i--) if(f[x][i]!=f[y][i]) x=f[x][i],y=f[y][i];
	int lca=f[x][0];
	return d[xx]+d[yy]-2*d[lca];
}
//Sgt
const int maxx=99999;
int tot,root[N][2];
int ls[N*100],rs[N*100],val[N*100];
#define mid ((l+r)>>1)
void change(int &o,int l,int r,int x,int v)
{
	if(!o) o=++tot;
	val[o]+=v;
	if(l==r) return;
	if(x<=mid) change(ls[o],l,mid,x,v);
	else change(rs[o],mid+1,r,x,v);
}
int ask(int o,int l,int r,int al,int ar)
{
	if(ar<0) return 0;
	if(al<=l&&r<=ar) return val[o];
	int ans=0;
	if(ar>mid) ans+=ask(rs[o],mid+1,r,al,ar);
	if(al<=mid) ans+=ask(ls[o],l,mid,al,ar);
	return ans;
}

int d1[N];
void dfs1(int u,int fa,int n)
{
	sz[u]=1;mxs[u]=0;
	for(auto v:e[u]) if(!vis[v]&&v!=fa) dfs1(v,u,n),sz[u]+=sz[v],mxs[u]=max(mxs[u],sz[v]);
	mxs[u]=max(mxs[u],n-sz[u]);
	if(mxs[u]<=mxs[rt]) rt=u;
}
void dfs2(int u,int d,int fa)
{
	if(d1[u]!=-1) change(root[rt][1],0,maxx,d1[u],a[u]);
	change(root[rt][0],0,maxx,d,a[u]);
	d1[u]=d;
	for(auto v:e[u]) if(v!=fa&&!vis[v]) dfs2(v,d+1,u);
}

int dfroot,dffa[N];
void solve(int r,int n,int lastrt)
{
	rt=0;mxs[0]=998244353;
	dfs1(r,0,n);
	int rooooot=rt;
	dffa[rt]=lastrt;
	change(root[rt][0],0,maxx,0,a[rt]);
	if(d1[rt]!=-1) change(root[rt][1],0,maxx,d1[rt],a[rt]);
	for(auto v:e[rt]) if(!vis[v]) dfs2(v,1,rt);
	vis[rt]=1;
	for(auto v:e[rt]) if(!vis[v])
	{
		if(sz[v]<sz[rt]) solve(v,sz[v],rt);
		else solve(v,n-sz[rt],rooooot);
	}
	dfroot=rooooot;
}
int query(int x,int k)
{
	int ans=0,ok=k,xx=x;
	while(x!=dfroot)
	{
		ans+=ask(root[x][0],0,maxx,0,k)-ask(root[x][1],0,maxx,0,ok-dis(xx,dffa[x]));
		x=dffa[x];
		k=ok-dis(xx,x);
	}
	return ans+ask(root[x][0],0,maxx,0,k);
}
void modify(int x,int y)
{
	int zl=y-a[x];
	a[x]=y;
	int xx=x;
	while(x!=dfroot)
	{
		change(root[x][0],0,maxx,dis(xx,x),zl);
		change(root[x][1],0,maxx,dis(xx,dffa[x]),zl);
		x=dffa[x];
	}
	change(root[x][0],0,maxx,dis(xx,x),zl);
}
int n,q,lastans;
int main()
{
	memset(d1,-1,sizeof(d1));
	cin>>n>>q;
	for(int i=1;i<=n;i++) cin>>a[i];
	int u,v;
	for(int i=1;i<n;i++) cin>>u>>v,e[u].push_back(v),e[v].push_back(u);
	dfs(1);
	solve(1,n,0);
	while(q--)
	{
		int op,x,y;
		cin>>op>>x>>y;x^=lastans,y^=lastans;
		if(op==0)
		{
			lastans=query(x,y);
			cout<<lastans<<endl;
		}
		else modify(x,y);
	}
	return 0;
}

标签:子树,重心,int,分治,笔记,学习,原树,点分树
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