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求最近公共祖先(LCA)板子 x
LCA目前比较流行的算法主要有tarjian,倍增和树链剖分
1)tarjian
是一种离线算法,需要提前知道所有询问对
算法如下
1.读入所有询问对(u,v),并建好树(建议邻接表)
2.初始化每个节点各属一个并查集,都指向自己
3.对整棵树进行dfs(深度优先搜索)遍历
每处理到一个新节点(u)时看他的另一半(询问对象v)是否visit过,如果visit过了,则这组询问对的lca即v的并查集的根节点,若没有visit过,则继续向下深搜,该节点记为已visit
每当回溯的时候都将子节点的并查集并到父节点的并查集中
这样一遍走下来就完成了tarjian算法。
超详细tarjain:orz
2)树上倍增
f[i,j]表示i的第2^j祖先dfs预处理f[i,j]=f[f[i,j-1],j-1];
对于每一对x,y先将深度调成一样再枚举j逐一往上找,这两个过程都是log的
超详细树上倍增:orz
3)树剖
树剖(树链剖分)是一种在线算法,跑起来非常快,应该是目前LCA算法中最优的
建树后,我们需要把整棵树划为轻重链,
每一个非叶子节点都一定在一条重链上
定义:
重边:父节点与其子树最大(子节点最多)的节点的连边称为重边
轻边:非重边即为轻边
重链:相连的重边称为重链
划分重链后,我们要记一个jump数组表示存每个节点的“跳”的信息
如果这个节点在重链上,则jump[i]为它所属重链的根节点(最顶端)
如果这个节点不在重链上或者它是一条重链的顶端(根节点),那么jump[i]为它的父节点
接下来我们就可以处理询问对了
比如求两个节点a,b的LCA
我们先看他们是否在同一条重链上,如果是,则LCA即为深度较小的节点
如果不是,则我们需要比较jump[a]和jump[b]的深度,jump[a]比较浅则令a=jump[a]反之令b=jump[b]
重复以上过程直到a==b(LCA为这个节点)或a,b在同一条重链上时(LCA为深度浅的节点)
这样就完成了,复杂度虽说评是O(n*logn)但实际上跑起来快得多
超详细树剖:orz
练手题:
洛谷 P3379 【模板】最近公共祖先(LCA)
题目描述
如题,给定一棵有根多叉树,请求出指定两个点直接最近的公共祖先。
输入输出格式
输入格式:
第一行包含三个正整数N、M、S,分别表示树的结点个数、询问的个数和树根结点的序号。
接下来N-1行每行包含两个正整数x、y,表示x结点和y结点之间有一条直接连接的边(数据保证可以构成树)。
接下来M行每行包含两个正整数a、b,表示询问a结点和b结点的最近公共祖先。
输出格式:
输出包含M行,每行包含一个正整数,依次为每一个询问的结果。
输入输出样例
5 5 43 12 45 11 42 43 23 51 24 5
44144
说明
时空限制:1000ms,128M
数据规模:
对于30%的数据:N<=10,M<=10
对于70%的数据:N<=10000,M<=10000
对于100%的数据:N<=500000,M<=500000
样例说明:
该树结构如下:
第一次询问:2、4的最近公共祖先,故为4。
第二次询问:3、2的最近公共祖先,故为4。
第三次询问:3、5的最近公共祖先,故为1。
第四次询问:1、2的最近公共祖先,故为4。
第五次询问:4、5的最近公共祖先,故为4。
故输出依次为4、4、1、4、4。
LCA板子!!!
tarjian还没写.
1)树上倍增
#include <iostream>#include <cstdio>#include <cmath>//maybe my English is not very good using namespace std;const int M = 5e5 + 1;int n,m,s;int num; int deep[M],h[M];bool vs[M];int jumps[M][21];int p;struct A{ int next; int to;}t[M<<1];inline int read() //optimize{ int x=0,f=1;char ch=getchar(); while(ch<‘0‘||ch>‘9‘) { if(ch==‘-‘) f=-1; ch=getchar(); } while(ch>=‘0‘&&ch<=‘9‘) { x=x*10+ch-‘0‘; ch=getchar(); } return x*f;}void ADD(int x,int y) //connect the x and the y{ num++; t[num].to=y; t[num].next=h[x]; h[x]=num;}void Dfs(int u){ for(int i=h[u];i!=-1;i=t[i].next) { int v=t[i].to; //u‘s next side if(deep[v] == 0) //if v is not visited { deep[v]=deep[u]+1; //deep+1 jumps[v][0]=u; //u is v‘s dad Dfs(v); //continue Dfs } }}void steps(){ p=int(log(n)/log(2)+0.001); //find the biggest for(int i=1;i<=p;i++) //the Limit for(int j=1;j<=n;j++) jumps[j][i]=jumps[jumps[j][i-1]][i-1];//the j jump 2^i can get to the (first jump 2^(i-1),then jump 2^i-1 can get to)//eh...I will speak in Chinese.//because 倍增 is use 次方的形式 increase}int LCA(int a,int b){ //We let the b‘s deep is small if(deep[a]<deep[b]) swap(a,b); for(int i=p;i>=0;i--) {//first let the a jump to the b‘s deep if(deep[jumps[a][i]]>=deep[b]) a=jumps[a][i]; } if(a == b) return b; //if the b is them‘s LCA , return b for(int i=p;i>=0;i--) //jump together { if(jumps[a][i]!=jumps[b][i]) a=jumps[a][i],b=jumps[b][i]; //update } return jumps[a][0]; }int main(){ //s is the root n=read();m=read();s=read(); for(int i=1;i<=n;i++) h[i]=-1; int x,y; for(int i=1;i<n;i++) { x=read();y=read(); //connect the x and the y ADD(x,y); ADD(y,x); } deep[s]=1; //this is too important !!! //if you don‘t think so ,"//" it. //and then you will know Dfs(s); //Dfs the root(s) steps(); //find the steps int a,b; while(m--) { a=read();b=read(); printf("%d\n",LCA(a,b)); } return 0;}
#include<iostream>#include<cmath>#include<algorithm>#include<cstring>#include<cstdio>#include<stdio.h>#include<vector>#define maxn 500500using namespace std;///隶属邻接表 struct Edge{ //邻接表的结构体 int from,to;}edges[2*maxn]; //边要乘2,因为是无向图 ; int first[maxn],next[2*maxn]; //同理; int read(){ //读入优化,可以照着这个模板来写,这个还算写的比较好看。 int re=0; char ch=getchar(); while (ch<‘0‘ || ch>‘9‘) ch=getchar(); while (ch>=‘0‘ && ch<=‘9‘){ re=re*10+ch-‘0‘; ch=getchar(); } return re;}//////////////////////////////////////////////////全局变量 int n,m;int root;int height[maxn];float log2n;//////////////////////////////////////////////////////////隶属LCA的全局变量 int f[maxn][20];// int have[maxn]; //have,有没有找过,这都是套路 。 void dfs(int u,int h){ //u代表点的标号,h代表高度。 int v; height[u]=h; for(int i=1;i<=log2n;i++) { if(h<=(1<<i)) break; //由于i是从小到大计算的,故(1<<i)>=h 时可直接退出。请务必想清楚是<= 还是=。 f[u][i] = f[ f[u][i-1] ][i-1]; //动规计算。同样也是一切倍增算法的核心。 } int k=first[u]; while(k!=-1){ v=edges[k].to; if(!have[v]) { have[v]=1; f[v][0]=u; //将要找的下一个点的父节点标为当前处理的节点u。 dfs(v,h+1); } k=next[k]; }}int require_LCA(int a,int b){ int da=height[a],db=height[b];//第一步,将a,b两点移到同样的高度,只动高度大的那个点而不动高度小的那个点。 if(da!=db) { if(da<db){ //保证a的高度是大于b的高度的。 swap(a,b); swap(da,db); } int d=da-db; for(int i=0;i<=log2n;i++) if( (1<<i) & d) a=f[a][i]; //这里的位运算可以减少代码量 //考虑到d是一个定值,而(1<<i)在二进制中只有第(i+1)位是1; //那么d与(1<<i)如果某一位为1,那么表示可以向上移动, //如果此时不移动,那么i增大了后就无法使height[a]==height[b]了 }//第二步,找到某个位置i,在这个位置时,f[a][i]!=f[b][i],但再向上移动一步,a,b相同了 //从log2n开始从大到小枚举i,如果超过了a,b的高度,则令i继续减小//如果没有超过a,b的高度,那么就判断移动了后会不会让a==b,//是,则i继续减小,否则,令此时的a=f[a][i],b=f[b][i]; if(a==b) return b; int i=0; for(i=log2n;i>=0;i--) { if(height[ f[a][i] ]<0) continue; if( f[a][i]==f[b][i] ) continue; else a=f[a][i],b=f[b][i]; //顺便一提,在第二步任何地方没有break; //我就是因为在这里写了一个break,然后找了我两个小时啊。 } return f[a][0];}////////////////////////////////////据说从主函数开始阅读是个好习惯。 int main(){// freopen("in2.txt","r",stdin); n=read();m=read();root=read(); memset(first,-1,sizeof(first)); memset(next,-1,sizeof(next)); int s,t; int dsd=2*(n-1); for(int i=1;i<=dsd;i+=2) { s=read();t=read(); //读入优化。 edges[i].from=s; edges[i].to=t; edges[i+1].from=t; edges[i+1].to=s; next[i]=first[s]; first[s]=i; next[i+1]=first[t]; first[t]=i+1; } // 以上是邻接表,在此不再赘述。 log2n=log(n)/log(2)+1; //C++计算log是自然对数,我们要用的以2为底的对数,故要除以log(2); //对无理数加上1或是0.5是个好习惯,可以减小误差; memset(have,0,sizeof(have)); memset(height,0,sizeof(height)); memset(f,-1,sizeof(f)); have[root]=1; //fa[][]和height[]要在dfs理进行计算,不然根本找不到某个非根节点的父亲是谁; dfs(root,1); for(int i=1;i<=n;i++){ for(int j=0;j<=log2n;j++) { if(height[i] <=(1<<j) ) break; } } for(int i=0;i<m;i++) { //应对要求进行求解。 s=read();t=read(); int y=require_LCA(s,t); printf("%d\n",y); } return 0;}
2)树剖
#include <iostream>#include <cstdio>#define _(ch) ch=read() //便于读入 using namespace std;const int S = 500001;bool f[S]; //dfs 标记int n,m,s;int fa[S]; //并查集 int num,h[S]; //邻接表 int deep[S]; //深度 int sum[S]; //子结点个数 int dad[S]; //链头元素 struct B{ int to,next;}t[S<<1];inline int read() //optimize{ int x=0,f=1;char ch=getchar(); while(ch<‘0‘||ch>‘9‘) { if(ch==‘-‘) f=-1; ch=getchar(); } while(ch>=‘0‘&&ch<=‘9‘) { x=x*10+ch-‘0‘; ch=getchar(); } return x*f; }void ADD(int x,int y) //connect the x and the y{ num++; t[num].to=y; t[num].next=h[x]; h[x]=num;}inline int Find(int x)//find the root (重链‘s top){return fa[x] == x ? x : fa[x] = Find(fa[x]);}inline void Unions(int a,int b){ //union(搭重链) /*int f1=Find(a); int f2=Find(b); if(f1!=f2) { fa[f1]=f2; }*/ fa[Find(b)]=Find(a);}inline void dfs(int p)//D is the (结点){//calc every D‘s son D//每个结点的深度 f[p]=true; int maxx=0; //寻找子节点中拥有子结点个数最多的节点编号 sum[0]=-1; //0号没有子结点 for(int j=h[p];j;j=t[j].next) { //进行遍历 int v=t[j].to; if(f[v]) continue; deep[v]=deep[p]+1; dad[v]=p; //p is v‘s dad dfs(v); //continue dfs if(sum[v] > sum[maxx]) maxx=v; //update sum[p]+=sum[v]+1;// p的子结点数 = p 的以‘v‘为根的子树的结点数目加上‘v‘这个点(即+1) } if(maxx) Unions(p,maxx); //if updated //that means find the (重链) succeed}inline int jump(int p) //find p can jump to { int top=Find(p); //(重链)‘s top if(top == p) return dad[p];// 如果p所处于的链的链头就是自己,也就是说,已经位于链的top处,所以只能够跳到他的父结点的位置,// 所以直接return it‘s dad,即跳一步到达父结点处 // 说白了就是说,一定要跳!!! return top; //其余情况就返回链头就好(就是当前结点跳到了链头位置) }inline int Lca(int a,int b) //Lca { while(a!=b) //当两点不相等的时候就开始跳 { if(Find(a)==Find(b)) //如果它们位于同一条重链上 return deep[a]<deep[b] ? a:b; //直接返回深度较浅的那个点 int ja=jump(a),jb=jump(b); if(deep[ja] > deep[jb]) //如果a跳了之后没有到达b跳了之后的深度 a=ja; //就选取深度较深的点跳 else b=jb; } return a;}int main(){ _(n),_(m),_(s); int x,y; for(int i=1;i<n;i++) { _(x),_(y); ADD(x,y),ADD(y,x); fa[i]=i; //顺便初始化一下并查集 } fa[n]=n; //有一个没有进行初始化的并查集,进行初始化 deep[s]=1; //根结点的深度设置为1,非常重要!!!! dfs(s); //寻找子节点个数,位于哪一条重链上 while(m--) { _(x),_(y); printf("%d\n",Lca(x,y)); } return 0;}
求最近公共祖先(LCA)板子 x