【引言】
由于树具有一般的图没有的特点，所以在竞赛中的应用更广。
在一些树上路径问题中，暴力求解时间复杂度过高，往往需要一些更为高效的算法，点分治就是其中之一。
【流程】
1、首先选取一个点，把无根树变成有根树。
那么如何选点呢？ ——树型动规
因为树是递归定义的，所以我们当然希望递归的层数最小。
每次选取的点，要保证与此点相连的结点数最多的连通块的结点数最小，我们把这个点叫做“重心”。
那么找到一颗树的重心有以下算法：
（1）dfs一次，算出以每个点为根的子树大小。
（2）记录以每个结点为根的最大子树的大小。
（3）判断：如果以当前结点为根的最大子树大小比当前根更优，更新当前根。
1 void getroot(int x,int fa)//x表示当前结点，fa表示x的父结点
2 {
3 son[x]=1;F[x]=0;//F数组记录以x为根的最大子树的大小
4 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
5 if(e[i].y!=fa&&!vis[e[i].y])//避免陷入死循环
6 {
7 getroot(e[i].y,x);//得到子结点信息
8 son[x]+=son[e[i].y];//计算x结点大小
9 F[x]=max(F[x],son[e[i].y]);//更新F数组
10 }
11 F[x]=max(F[x],sum-son[x]);//sum表示当前树的大小，因为以x为根的情况还要考虑以x的父亲为根的子树大小。
12 if(F[x]<F[root])root=x;//更新当前根
13 }
2、处理联通块中通过根结点的路径。
3、标记根结点（相当于处理过后，将根结点从子树中删除）。
4、递归处理以当前点的儿子为根的每棵子树。
【算法框架】
1 int solve(int x)
2 {
3 vis[x]=1;//将当前点标记
4 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
5 if(!vis[e[i].y])
6 {
7 root=0;//初始化根
8 sum=e[i].y;//初始化sum
9 getroot(x,0);//找连通块的根
10 solve(e[i].y);//递归处理下一个连通块
11 }
12 }
13 int main()
14 {
15 build();//建树
16 sum=f[0]=n;//初始化sum和f[0]
17 root=0;//初始化root
18 getroot(1,0);//找根
19 solve(root);//点分治
20 }
【例题1】【poj1741】tree
给一颗n个节点的树，每条边上有一个距离v（v<=1000）。定义d(u,v)为u到v的最小距离。给定k值，求有多少点对（u，v）使u到v的距离小于等于k。数据范围：n<=10000,k<2^31
计算答案的方法：这个点延伸出的几棵子树各做一次dfs，记录子树中出现的距离值，对于一棵树的距离值数组，把它排序求一次ans1，再对每棵子树分别求一个自己对自己的ans2，ans1-Σans2即为最后的ans。
参考代码：
1 #include<iostream>
2 #include<cstdio>
3 #include<cstring>
4 #include<cstdlib>
5 #include<cmath>
6 #include<ctime>
7 #include<algorithm>
8 using namespace std;
9 #define INF 0x7fffffff
10 struct node{int y,v,next;}e[20010];
11 int n,len,k,root,sum,ans,Link[10010],f[10010],vis[10010],son[10010],d[10010],deep[10010];
12 inline int read()
13 {
14 int x=0,f=1; char ch=getchar();
15 while(!isdigit(ch)) {if(ch==‘-‘) f=-1; ch=getchar();}
16 while(isdigit(ch)) {x=x*10+ch-‘0‘; ch=getchar();}
17 return x*f;
18 }
19 void insert(int x,int y,int v)
20 {
21 e[++len].next=Link[x];
22 Link[x]=len;
23 e[len].v=v;
24 e[len].y=y;
25 }
26 void getroot(int x,int fa)
27 {
28 son[x]=1; f[x]=0;
29 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
30 {
31 if(e[i].y==fa||vis[e[i].y]) continue;
32 getroot(e[i].y,x);
33 son[x]+=son[e[i].y];
34 f[x]=max(f[x],son[e[i].y]);
35 }
36 f[x]=max(f[x],sum-son[x]);
37 if(f[x]<f[root]) root=x;
38 }
39 void getdeep(int x,int fa)
40 {
41 deep[++deep[0]]=d[x];
42 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
43 {
44 if(e[i].y==fa||vis[e[i].y]) continue;
45 d[e[i].y]=d[x]+e[i].v;
46 getdeep(e[i].y,x);
47 }
48 }
49 int cal(int x,int v)
50 {
51 d[x]=v; deep[0]=0;
52 getdeep(x,0);
53 sort(deep+1,deep+deep[0]+1);
54 int l=1,r=deep[0],sum=0;
55 while(l<r)
56 {
57 if(deep[l]+deep[r]<=k) {sum+=r-l; l++;}
58 else r--;
59 }
60 return sum;
61 }
62 void solve(int x)
63 {
64 ans+=cal(x,0);//计算答案
65 vis[x]=1;
66 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
67 {
68 if(vis[e[i].y]) continue;
69 ans-=cal(e[i].y,e[i].v);//计算不符合题意的答案
70 sum=son[e[i].y];
71 root=0;
72 getroot(e[i].y,0);
73 solve(root);
74 }
75 }
76 int main()
77 {
78 freopen("cin.in","r",stdin);
79 freopen("cout.out","w",stdout);
80 while(1)
81 {
82 ans=0,root=0,len=0;
83 memset(vis,0,sizeof(vis));
84 memset(Link,0,sizeof(Link));
85 n=read(); k=read();
86 if(n==0&&k==0) break;
87 for(int i=1;i<=n-1;i++)
88 {
89 int x=read(),y=read(),v=read();
90 insert(x,y,v); insert(y,x,v);
91 }
92 f[0]=INF; sum=n;
93 getroot(1,0);
94 solve(root);
95 printf("%d\n",ans);
96 }
97 return 0;
98 }
【例题2】【bzoj2152】聪聪可可
聪聪和可可是兄弟俩，他们俩经常为了一些琐事打起来，例如家中只剩下最后一根冰棍而两人都想吃、两个人都想玩儿电脑（可是他们家只有一台电脑）……遇到这种问题，一般情况下石头剪刀布就好了，可是他们已经玩儿腻了这种低智商的游戏。他们的爸爸快被他们的争吵烦死了，所以他发明了一个新游戏：由爸爸在纸上画n个“点”，并用n-1条“边”把这n个“点”恰好连通（其实这就是一棵树）。并且每条“边”上都有一个数。接下来由聪聪和可可分别随即选一个点（当然他们选点时是看不到这棵树的），如果两个点之间所有边上数的和加起来恰好是3的倍数，则判聪聪赢，否则可可赢。聪聪非常爱思考问题，在每次游戏后都会仔细研究这棵树，希望知道对于这张图自己的获胜概率是多少。现请你帮忙求出这个值以验证聪聪的答案是否正确。
计算答案的方法：与上一题类似，在计算路径长度时对3取模，用t[0],t[1],t[2]分别记录模为0、1、2的情况，那么显然答案就是t[1]*t[2]*2+t[0]*t[0]
参考代码：
1 #include<iostream>
2 #include<cstdio>
3 #include<cstring>
4 #include<cstdlib>
5 #include<cmath>
6 #include<ctime>
7 #include<algorithm>
8 using namespace std;
9 #define MAXN 20010
10 struct node{int y,v,next;}e[MAXN*2];
11 int n,len,root,sum,ans,t[5],Link[MAXN],f[MAXN],vis[MAXN],son[MAXN],d[MAXN];
12 inline int read()
13 {
14 int x=0,f=1; char ch=getchar();
15 while(!isdigit(ch)) {if(ch==‘-‘) f=-1; ch=getchar();}
16 while(isdigit(ch)) {x=x*10+ch-‘0‘; ch=getchar();}
17 return x*f;
18 }
19 int gcd(int a,int b) {return b==0?a:gcd(b,a%b);}
20 void insert(int x,int y,int v)
21 {
22 e[++len].next=Link[x];
23 Link[x]=len;
24 e[len].y=y;
25 e[len].v=v;
26 }
27 void getroot(int x,int fa)
28 {
29 son[x]=1; f[x]=0;
30 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
31 {
32 if(e[i].y==fa||vis[e[i].y]) continue;
33 getroot(e[i].y,x);
34 son[x]+=son[e[i].y];
35 f[x]=max(f[x],son[e[i].y]);
36 }
37 f[x]=max(f[x],sum-son[x]);
38 if(f[x]<f[root]) root=x;
39 }
40 void getdeep(int x,int fa)
41 {
42 t[d[x]]++;
43 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
44 {
45 if(e[i].y==fa||vis[e[i].y]) continue;
46 d[e[i].y]=(d[x]+e[i].v)%3;
47 getdeep(e[i].y,x);
48 }
49 }
50 int cal(int x,int v)
51 {
52 t[0]=t[1]=t[2]=0; d[x]=v;
53 getdeep(x,0);
54 return t[1]*t[2]*2+t[0]*t[0];
55 }
56 void solve(int x)
57 {
58 ans+=cal(x,0); vis[x]=1;
59 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
60 {
61 if(vis[e[i].y]) continue;
62 ans-=cal(e[i].y,e[i].v);
63 root=0; sum=son[e[i].y];
64 getroot(e[i].y,0);
65 solve(root);
66 }
67 }
68 int main()
69 {
70 //freopen("cin.in","r",stdin);
71 //freopen("cout.out","w",stdout);
72 n=read();
73 for(int i=1;i<n;i++)
74 {
75 int x=read(),y=read(),v=read()%3;
76 insert(x,y,v); insert(y,x,v);
77 }
78 sum=n; f[0]=n;
79 getroot(1,0);
80 solve(root);
81 int t=gcd(ans,n*n);
82 printf("%d/%d\n",ans/t,n*n/t);
83 return 0;
84 }
【例题3】【bzoj2599】Race
给一棵树,每条边有权.求一条路径,权值和等于K,且边的数量最小.数据范围：N<=200000, K<=1000000
我的做法：开一个100W的数组t,t[i]表示权值为i的路径最少边数
找到重心分成若干子树后， 得出一棵子树的所有点到根的权值和x，到根a条边，用t[k-x]+a更新答案，全部查询完后
然后再用所有a更新t[x]
这样可以保证不出现点分治中的不合法情况
把一棵树的所有子树搞完后再遍历所有子树恢复T数组，如果用memset应该会比较慢
参考代码：
1 #include<iostream>
2 #include<cstdio>
3 #include<cstring>
4 #include<cstdlib>
5 #include<cmath>
6 #include<ctime>
7 #include<algorithm>
8 using namespace std;
9 #define MAXN 200100
10 #define INF 1000000000
11 struct node{int y,next,v;}e[MAXN*2];
12 int n,m,len,root,sum,ans,Link[MAXN],son[MAXN],vis[MAXN],t[MAXN*5],dis[MAXN],d[MAXN],f[MAXN];
13 char buf[1<<15],*fs,*ft;
14 inline char getc() {return (fs==ft&&(ft=(fs=buf)+fread(buf,1,1<<15,stdin)),fs==ft)?0:*fs++;}
15 inline int read()
16 {
17 int x=0,f=1; char ch=getc();
18 while(!isdigit(ch)) {if(ch==‘-‘) f=-1; ch=getc();}
19 while(isdigit(ch)) {x=x*10+ch-‘0‘; ch=getc();}
20 return x*f;
21 }
22 void insert(int x,int y,int v){e[++len].next=Link[x]; Link[x]=len; e[len].y=y; e[len].v=v;}
23 void getroot(int x,int fa)
24 {
25 int ff=1; son[x]=1;
26 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
27 if(e[i].y!=fa&&!vis[e[i].y])
28 {
29 getroot(e[i].y,x);
30 son[x]+=son[e[i].y];
31 if(son[e[i].y]>sum/2) ff=0;
32 }
33 if(sum-son[x]>sum/2) ff=0;
34 if(ff) root=x;
35 }
36 /*void getroot(int x,int fa)
37 {
38 son[x]=1;f[x]=0;
39 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
40 if(e[i].y!=fa&&!vis[e[i].y])
41 {
42 getroot(e[i].y,x);
43 son[x]+=son[e[i].y];
44 f[x]=max(f[x],son[e[i].y]);
45 }
46 f[x]=max(f[x],sum-son[x]);
47 if(f[x]<f[root])root=x;
48 }*/
49 void cal(int x,int fa)
50 {
51 if(dis[x]<=m) ans=min(ans,d[x]+t[m-dis[x]]);
52 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
53 if(e[i].y!=fa&&!vis[e[i].y])
54 {
55 d[e[i].y]=d[x]+1;
56 dis[e[i].y]=dis[x]+e[i].v;
57 cal(e[i].y,x);
58 }
59 }
60 void add(int x,int fa,int flag)
61 {
62 if(dis[x]<=m)
63 {
64 if(flag) t[dis[x]]=min(t[dis[x]],d[x]);
65 else t[dis[x]]=INF;
66 }
67 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
68 if(e[i].y!=fa&&!vis[e[i].y])
69 add(e[i].y,x,flag);
70 }
71 void work(int x)
72 {
73 vis[x]=1; t[0]=0;
74 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
75 if(!vis[e[i].y])
76 {
77 d[e[i].y]=1; dis[e[i].y]=e[i].v;
78 cal(e[i].y,0);
79 add(e[i].y,0,1);
80 }
81 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
82 if(!vis[e[i].y]) add(e[i].y,0,0);
83 for(int i=Link[x];i;i=e[i].next)
84 if(!vis[e[i].y])
85 {
86 sum=son[e[i].y]; root=0;
87 getroot(e[i].y,0);
88 work(e[i].y);
89 }
90 }
91 int main()
92 {
93 //freopen("cin.in","r",stdin);
94 //freopen("cout.out","w",stdout);
95 n=read(); m=read();
96 for(int i=1;i<=m;i++)t[i]=n;
97 for(int i=1;i<n;i++)
98 {
99 int x=read(),y=read(),v=read();
100 x++; y++;
101 insert(x,y,v); insert(y,x,v);
102 }
103 sum=ans=f[0]=n;
104 getroot(1,0);
105 work(root);
106 if(ans==n) printf("-1\n");
107 else printf("%d\n",ans);
108 return 0;
109 }
时间： 2024-07-31 22:26:48