SPOJ QTREE - Query on a tree 【树链剖分模板】

时间:2022-06-18 12:35:52

题目链接

引用到的大佬博客

代码来自:http://blog.csdn.net/jinglinxiao/article/details/72940746

具体算法讲解来自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_7a1746820100wp67.html

参考博客:  http://www.cnblogs.com/barrier/p/6067964.html

       http://www.cnblogs.com/sagitta/p/5660749.html

    “在一棵树上进行路径的修改、求极值、求和”乍一看只要线段树就能轻松解决,实际上,仅凭线段树是不能搞定它的。我们需要用到一种貌似高级的复杂算法——树链剖分。

    树链,就是树上的路径。剖分,就是把路径分类为重链和轻链。
    记siz[v]表示以v为根的子树的节点数,dep[v]表示v的深度(根深度为1),top[v]表示v所在的链的顶端节点,fa[v]表示v的父亲,son[v]表示与v在同一重链上的v的儿子节点(姑且称为重儿子),w[v]表示v与其父亲节点的连边(姑且称为v的父边)在线段树中的位置。只要把这些东西求出来,就能用logn的时间完成原问题中的操作。

    重儿子:siz[u]为v的子节点中siz值最大的,那么u就是v的重儿子。
    轻儿子:v的其它子节点。
    重边:点v与其重儿子的连边。
    轻边:点v与其轻儿子的连边。
    重链:由重边连成的路径。
    轻链:轻边。

    剖分后的树有如下性质:
    性质1:如果(v,u)为轻边,则siz[u] * 2 < siz[v];
    性质2:从根到某一点的路径上轻链、重链的个数都不大于logn。
   

    算法实现:
    我们可以用两个dfs来求出fa、dep、siz、son、top、w。
    dfs_1:把fa、dep、siz、son求出来,比较简单,略过。
    dfs_2:⒈对于v,当son[v]存在(即v不是叶子节点)时,显然有top[son[v]] = top[v]。线段树中,v的重边应当在v的父边的后面,记w[son[v]] = totw+1,totw表示最后加入的一条边在线段树中的位置。此时,为了使一条重链各边在线段树中连续分布,应当进行dfs_2(son[v]);
              ⒉对于v的各个轻儿子u,显然有top[u] = u,并且w[u] = totw+1,进行dfs_2过程。
           这就求出了top和w。
    将树中各边的权值在线段树中更新,建链和建线段树的过程就完成了。

    修改操作:例如将u到v的路径上每条边的权值都加上某值x。
    一般人需要先求LCA,然后慢慢修改u、v到公共祖先的边。而高手就不需要了。
    记f1 = top[u],f2 = top[v]。
    当f1 <> f2时:不妨设dep[f1] >= dep[f2],那么就更新u到f1的父边的权值(logn),并使u = fa[f1]。
    当f1 = f2时:u与v在同一条重链上,若u与v不是同一点,就更新u到v路径上的边的权值(logn),否则修改完成;
    重复上述过程,直到修改完成。

    求和、求极值操作:类似修改操作,但是不更新边权,而是对其求和、求极值。

 

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long LL;

const int N=1e4+7;

int n;
int sz[N];
int fa[N];        //父节点 
int son[N];        //重儿子 
int d[N];        //深度 
int in[N];        //in[i]记录结点i的dfs序 (优先搞定重儿子) ,这决定了该结点在线段树中映射到的位置 
int top[N];        //记录结点i所在重链的起始结点 
int time_tag;    //时间戳 
int lt[N];        //仅对重链的起始结点有效 
vector<int> adj[N];

struct Edge
{
    int u,v,c;
}es[N];

int tree[N<<2];    


void dfs1(int u,int father,int deep)    //预处理出 fa[],sz[],d[],son[] 
{
    d[u]=deep;
    sz[u]=1;
    fa[u]=father;
    for(int v:adj[u])
    {
        if(v==father) continue;
        dfs1(v,u,deep+1);
        sz[u]+=sz[v];
        if(son[u]==-1||sz[v]>sz[son[u]]) son[u]=v;
    }
}

void dfs2(int u)        //预处理出in[],top[] 
{
    in[u]=++time_tag;
    if(son[u]!=-1)        //存在重儿子 
    {
        top[son[u]]=top[u];//同一重链上的top[]相同 
        dfs2(son[u]);     //优先搞重儿子 
    }
    for(int v:adj[u])
    {
        if(v==fa[u]||v==son[u]) continue;
        top[v]=v;        //开辟一条新的重链 
        dfs2(v);
    }
}

void update(int rt,int l,int r,int q,int val)
{
    if(l==q&&r==q)
    {
        tree[rt]=val;    //在线段树的叶子上,记录该结点与重儿子间的边权值 
        return ;
    }
    int mid=(l+r)>>1;
    if(q<=mid)    update(rt<<1,l,mid,q,val);
    else update(rt<<1|1,mid+1,r,q,val);
    tree[rt]=max(tree[rt<<1],tree[rt<<1|1]);
}

int query(int rt,int l,int r,int ql,int qr)    //只能对同一条重链上的两个点间的区间最大值进行查询
{
    if(l>=ql&&r<=qr) return tree[rt];
    int mid=(l+r)>>1;
    if(ql>mid) return query(rt<<1|1,mid+1,r,ql,qr);
    if(qr<=mid) return query(rt<<1,l,mid,ql,qr);
    return max(query(rt<<1,l,mid,ql,qr),query(rt<<1|1,mid+1,r,ql,qr));
}

void init()
{
    time_tag=0;
    memset(son,-1,sizeof(son));
    for(int i=0;i<=n;i++)    adj[i].clear();
    top[1]=1;
}

int main()
{
    int T;
    scanf("%d",&T);
    while(T--)
    {
        scanf("%d",&n);
        init();
        for(int i=1;i<n;i++)
        {
            int u,v,c;
            scanf("%d%d%d",&u,&v,&c);
            es[i]=(Edge){u,v,c};
            adj[u].push_back(v);
            adj[v].push_back(u);
        }
        dfs1(1,0,1);
        dfs2(1);
        for(int i=1;i<n;i++)
        {
            int u=es[i].u,v=es[i].v;
            if(top[u]==top[v])        //u,v在同一条重链上 
            {
                if(d[u]>d[v]) swap(u,v);    //使得u在上,v在下
                update(1,1,n,in[u],es[i].c);
            }
            else                    //u,v不在同一条重链上 
            {
                if(d[u]<d[v]) swap(u,v);    //这样,u变成了一条新的重链的起始结点 
                lt[u]=es[i].c;                //lt[u]表示u与父亲结点间的边权值 
            }
        }
        char s[10];
        while(~scanf("%s",s))
        {
            if(s[0]=='D') break;
            if(s[0]=='Q')
            {
                int u,v;
                scanf("%d%d",&u,&v);
                int ans=0;
                while(top[u]!=top[v])
                {
                    if(d[top[u]]<d[top[v]]) swap(u,v);
                    if(u!=top[u]) ans=max(ans,query(1,1,n,in[top[u]],in[u]-1));
                    u=top[u];
                    ans=max(ans,lt[u]);
                    u=fa[u];
                }
                if(d[u]>d[v]) swap(u,v);    //使得u在上,v在下,in[u]<in[v] 
                if(u!=v) ans=max(ans,query(1,1,n,in[u],in[v]-1));
                printf("%d\n",ans);
            }
            else
            {
                int x,c;
                scanf("%d%d",&x,&c);
                int u=es[x].u,v=es[x].v;
                if(d[u]>d[v]) swap(u,v);    //使得u在上,v在下
                if(top[u]==top[v]) update(1,1,n,in[u],c);
                else lt[v]=c;
            }
        }
    }
}