倍增LCA / DFS序 学习笔记

模板及讲解

倍增LCA

倍增思想,维护$deep[i], pre[i][j]$为点$i$的深度和点$i$的$2^j$个祖先结点
然后对于每一对$x, y$求$LCA(x, y)$,先把深的结点提上来和浅结点深度相同,如果此时$x, y$都相同,说明$x, y$在同侧,输出$x, y$任意一个即可,否则再一起提上来直到两点相等,输出$pre[x][0]$或者$pre[y][0]$

跳的时候跳二进制,即
设$del = deep[b] - deep[a] (deep[b] >= deep[a])$
如果 $del = 5$, 二进制为$101$
那么从左往右扫描,第$i$位为$1$的就跳$2^i$个点
$del = 5$时,跳$2^2$和$2^0$即可

DFS 序

DFS序的一大重要性质即为连续的一段是一个子树,很多问题可以转化为此。

DFS 序经典问题

给定一棵带点权树根为$1$。
1、单点修改,子树查询 (直接维护)

直接用数据结构维护 DFS 序即可。

2、树链修改,单点查询 (贡献)

考虑将树链分割。若修改$(u,v)+1$则等价于修改$(1,u)+1, (1,v)+1, (1, LCA)-1, (1, fa(LCA)-1)$
那么只用处理根到某个点的树链修改。
修改即修改$dfn(u)+1, dfn(v)+1, dfn(LCA)-1, dfn(fa(LCA))-1$
考虑一个查询一个点$y$,由贡献来看,只有$y$子树的点会对$(1,y)$产生贡献。所以直接查询$y$子树即可。

3、树链修改,子树查询 (贡献)

考虑将树链分割。若修改$(u,v)+1​$则等价于修改$(1,u)+1, (1,v)+1, (1, LCA)-1, (1, fa(LCA)-1)​$
那么只用处理根到某个点的树链修改。
修改即修改$dfn(u)+1, dfn(v)+1, dfn(LCA)-1, dfn(fa(LCA))-1$
考虑一个查询一个子树$y$,由贡献来看,只有$y$子树的点会对$(1,y)$产生贡献。
这里和上面不一样了,设$dep(x)$为$x$深度,$v(x)$为数据结构上$x$的权,则$\forall x \in \operatorname{subtree}(y)$,他的贡献为$(dep(x)-dep(y)) \times v(x)$
转化,得$dep(x) \times v(x) - dep(y) \times v(x)$
写成和的形式,则$\sum\limits_{x \in \operatorname{subtree}(y)} dep(x) \times v(x) - dep(y) \times v(x)$
即$\sum\limits_{x \in \operatorname{subtree}(y)} dep(x) \times v(x) - dep(y) \sum\limits_{x \in \operatorname{subtree}(y)} v(x)$
用数据结构维护$dep(x) \times v(x), v(x)$即可求解。

4、单点修改,树链查询 (差分序列)

考虑将树链分割。若查询$(u,v)$则等价于查询$(1,u)+ (1,v)-(1, LCA)-(1, fa(LCA)-1)$
那么只用处理根到某个点的树链查询。
对于修改$y$,维护差分序列,那就直接差分点$y$的子树即可,答案即为$\sum\limits_{i=1}^{dfn(y)} val(i)$。

5、子树修改,单点查询 (贡献+差分序列 / 直接维护)

对于询问$y$,只有修改$x$是$y$的祖先$x$才会贡献$y$。
所以单点修改$x$,查询$(1,y)$的权和,转化为问题 $4$
或直接用数据结构维护 DFS 序即可。

6、子树修改,子树查询 (直接维护)

直接用数据结构维护 DFS 序即可。

7、子树修改,树链查询 (贡献+差分序列)

和 $4$ 类似的问题。这里就是要处理一下深度,用类似 $2$ 的方法处理即可。
例题:Bzoj 4034

总结:
DFS序的问题主要有几种处理方法:
1、直接维护 (维护原数组)
2、贡献法
3、维护差分序列 (询问前缀和)
本质上还是要将询问变为询问子树(维护原数组),询问前缀和(维护差分序列)

路径交 / 并问题

路径并:Bzoj 3991,Loj 10132(多条路径并)
路径交:CF 832D(两条路径交,并且有一个端点重合),Hdu 6110(多条路径交)

判两条路径有没有交,只要一条链的$lca$在另一条链上就一定有交;取两条路径的交,把两条路径的端点两两求出四对$lca$,最深那两个就是路径交。

常见题型

相关代码

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