- admin's blog
树链剖分
-
admin LV 1 @ 2024-1-6 10:06:23
树链剖分
树链剖分是指，在一颗树上，利用特定规则的dfs序，将一颗树的操作转化为区间操作，再通过利用线段树算法解决子树问题的一种算法。
所需知识
- 链式前向星
- dfs序
- 线段树
变量含义
链式前向星： beg[] 、head[] 、nex[] 、to[] 、 w[] 线段树 : a[] 、 lazy[]
树链剖分： son[maxn],id[maxn],fa[maxn],cnt,dep[maxn],siz[maxn],top[maxn];
dfs序部分
add(int x,int y)
链式前向星加边
inline void add(int x,int y){//链式前向星加边
to[++e]=y;
nex[e]=beg[x];
beg[x]=e;
}
dfs1(int x,int f,int deep)
加边之后，从根节点开始沿着树dfs下去，记录每一个节点的深度、父亲和大小。并根据大小给每一个节点分配一个重儿子。
inline void dfs1(int x,int f,int deep){//x当前节点，f父亲，deep深度
dep[x]=deep;//标记每个点的深度
fa[x]=f;//标记每个点的父亲
siz[x]=1;//标记每个非叶子节点的子树大小
int maxson=-1;//记录重儿子的儿子数
for(Rint i=beg[x];i;i=nex[i]){
int y=to[i];
if(y==f)continue;//若为父亲则continue
dfs1(y,x,deep+1);//dfs其儿子
siz[x]+=siz[y];//把它的儿子数加到它身上
if(siz[y]>maxson)son[x]=y,maxson=siz[y];//标记每个非叶子节点的重儿子编号
}
}
dfs2(int x,int topf)
在记录完每一个节点的基础信息后，依据重儿子优先的原则对节点打上标号，将树按照重儿子和子树进行画链，并记录链头。
inline void dfs2(int x,int topf){//x当前节点，topf当前链的最顶端的节点
id[x]=++cnt;//标记每个点的新编号
wt[cnt]=w[x];//把每个点的初始值赋到新编号上来
top[x]=topf;//这个点所在链的顶端
if(!son[x])return;//如果没有儿子则返回
dfs2(son[x],topf);//按先处理重儿子，再处理轻儿子的顺序递归处理
for(Rint i=beg[x];i;i=nex[i]){
int y=to[i];
if(y==fa[x]||y==son[x])continue;
dfs2(y,y);//对于每一个轻儿子都有一条从它自己开始的链
}
}
线段树部分
正常的线段树操作
树链剖分
qRange(int x,int y)
操作： 询问x~y路径上的节点之和。
思路：
- 最短路径也就是 x~ LCA(x,y) + LCA(x,y) ~ y，这条路径上的权值和。
- 利用树链dfs得到的结果，将节点一直往连头的方向跳，当跳到链头相同的时候，深度最深的一个点就是他们的交汇点，也就是LCA。
inline int qRange(int x,int y){
int ans=0;
while(top[x]!=top[y]){//当两个点不在同一条链上
if(dep[top[x]]<dep[top[y]])swap(x,y);//把x点改为所在链顶端的深度更深的那个点
res=0;
query(1,1,n,id[top[x]],id[x]);//ans加上x点到x所在链顶端 这一段区间的点权和
ans+=res;
ans%=mod;//按题意取模
x=fa[top[x]];//把x跳到x所在链顶端的那个点的上面一个点
}
//直到两个点处于一条链上
if(dep[x]>dep[y])swap(x,y);//把x点深度更深的那个点
res=0;
query(1,1,n,id[x],id[y]);//这时再加上此时两个点的区间和即可
ans+=res;
return ans%mod;
}
updRange(int x,int y,int k)
更新x~y路径上的权值，使每一个节点的值都加上k。思路和求和一样
inline void updRange(int x,int y,int k){//同上
k%=mod;
while(top[x]!=top[y]){
if(dep[top[x]]<dep[top[y]])swap(x,y);
update(1,1,n,id[top[x]],id[x],k);
x=fa[top[x]];
}
if(dep[x]>dep[y])swap(x,y);
update(1,1,n,id[x],id[y],k);
}
子树操作
子树操作有求和和更新子树，由于我们是根据dfs的顺序来剖分树的，所以对于x的子树，x子树的所有节点都在 id[x] ~ id[x]+siz[x]-1这个区间内，只需要用线段树一键对这个区间进行操作就可以了。
inline int qSon(int x){
res=0;
query(1,1,n,id[x],id[x]+siz[x]-1);//子树区间右端点为id[x]+siz[x]-1
return res;
}
inline void updSon(int x,int k){//同上
update(1,1,n,id[x],id[x]+siz[x]-1,k);
}
Code
#include<algorithm>
#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<cstdio>
#define Rint register int
#define mem(a,b) memset(a,(b),sizeof(a))
#define Temp template<typename T>
using namespace std;
typedef long long LL;
Temp inline void read(T &x){
x=0;T w=1,ch=getchar();
while(!isdigit(ch)&&ch!='-')ch=getchar();
if(ch=='-')w=-1,ch=getchar();
while(isdigit(ch))x=(x<<3)+(x<<1)+(ch^'0'),ch=getchar();
x=x*w;
}
#define mid ((l+r)>>1)
#define lson rt<<1,l,mid
#define rson rt<<1|1,mid+1,r
#define len (r-l+1)
const int maxn=200000+10;
int n,m,r,mod;
//见题意
int e,beg[maxn],nex[maxn],to[maxn],w[maxn],wt[maxn];
//链式前向星数组，w[]、wt[]初始点权数组
int a[maxn<<2],laz[maxn<<2];
//线段树数组、lazy操作
int son[maxn],id[maxn],fa[maxn],cnt,dep[maxn],siz[maxn],top[maxn];
//son[]重儿子编号,id[]新编号,fa[]父亲节点,cnt dfs_clock/dfs序,dep[]深度,siz[]子树大小,top[]当前链顶端节点
int res=0;
//查询答案
inline void add(int x,int y){//链式前向星加边
to[++e]=y;
nex[e]=beg[x];
beg[x]=e;
}
//-------------------------------------- 以下为线段树
inline void pushdown(int rt,int lenn){
laz[rt<<1]+=laz[rt];
laz[rt<<1|1]+=laz[rt];
a[rt<<1]+=laz[rt]*(lenn-(lenn>>1));
a[rt<<1|1]+=laz[rt]*(lenn>>1);
a[rt<<1]%=mod;
a[rt<<1|1]%=mod;
laz[rt]=0;
}
inline void build(int rt,int l,int r){
if(l==r){
a[rt]=wt[l];
if(a[rt]>mod)a[rt]%=mod;
return;
}
build(lson);
build(rson);
a[rt]=(a[rt<<1]+a[rt<<1|1])%mod;
}
inline void query(int rt,int l,int r,int L,int R){
if(L<=l&&r<=R){res+=a[rt];res%=mod;return;}
else{
if(laz[rt])pushdown(rt,len);
if(L<=mid)query(lson,L,R);
if(R>mid)query(rson,L,R);
}
}
inline void update(int rt,int l,int r,int L,int R,int k){
if(L<=l&&r<=R){
laz[rt]+=k;
a[rt]+=k*len;
}
else{
if(laz[rt])pushdown(rt,len);
if(L<=mid)update(lson,L,R,k);
if(R>mid)update(rson,L,R,k);
a[rt]=(a[rt<<1]+a[rt<<1|1])%mod;
}
}
//---------------------------------以上为线段树
inline int qRange(int x,int y){
int ans=0;
while(top[x]!=top[y]){//当两个点不在同一条链上
if(dep[top[x]]<dep[top[y]])swap(x,y);//把x点改为所在链顶端的深度更深的那个点
res=0;
query(1,1,n,id[top[x]],id[x]);//ans加上x点到x所在链顶端 这一段区间的点权和
ans+=res;
ans%=mod;//按题意取模
x=fa[top[x]];//把x跳到x所在链顶端的那个点的上面一个点
}
//直到两个点处于一条链上
if(dep[x]>dep[y])swap(x,y);//把x点深度更深的那个点
res=0;
query(1,1,n,id[x],id[y]);//这时再加上此时两个点的区间和即可
ans+=res;
return ans%mod;
}
inline void updRange(int x,int y,int k){//同上
k%=mod;
while(top[x]!=top[y]){
if(dep[top[x]]<dep[top[y]])swap(x,y);
update(1,1,n,id[top[x]],id[x],k);
x=fa[top[x]];
}
if(dep[x]>dep[y])swap(x,y);
update(1,1,n,id[x],id[y],k);
}
inline int qSon(int x){
res=0;
query(1,1,n,id[x],id[x]+siz[x]-1);//子树区间右端点为id[x]+siz[x]-1
return res;
}
inline void updSon(int x,int k){//同上
update(1,1,n,id[x],id[x]+siz[x]-1,k);
}
inline void dfs1(int x,int f,int deep){//x当前节点，f父亲，deep深度
dep[x]=deep;//标记每个点的深度
fa[x]=f;//标记每个点的父亲
siz[x]=1;//标记每个非叶子节点的子树大小
int maxson=-1;//记录重儿子的儿子数
for(Rint i=beg[x];i;i=nex[i]){
int y=to[i];
if(y==f)continue;//若为父亲则continue
dfs1(y,x,deep+1);//dfs其儿子
siz[x]+=siz[y];//把它的儿子数加到它身上
if(siz[y]>maxson)son[x]=y,maxson=siz[y];//标记每个非叶子节点的重儿子编号
}
}
inline void dfs2(int x,int topf){//x当前节点，topf当前链的最顶端的节点
id[x]=++cnt;//标记每个点的新编号
wt[cnt]=w[x];//把每个点的初始值赋到新编号上来
top[x]=topf;//这个点所在链的顶端
if(!son[x])return;//如果没有儿子则返回
dfs2(son[x],topf);//按先处理重儿子，再处理轻儿子的顺序递归处理
for(Rint i=beg[x];i;i=nex[i]){
int y=to[i];
if(y==fa[x]||y==son[x])continue;
dfs2(y,y);//对于每一个轻儿子都有一条从它自己开始的链
}
}
int main(){
read(n);read(m);read(r);read(mod);
for(Rint i=1;i<=n;i++)read(w[i]);
for(Rint i=1;i<n;i++){
int a,b;
read(a);read(b);
add(a,b);add(b,a);
}
dfs1(r,0,1);
dfs2(r,r);
build(1,1,n);
while(m--){
int k,x,y,z;
read(k);
if(k==1){
read(x);read(y);read(z);
updRange(x,y,z);
}
else if(k==2){
read(x);read(y);
printf("%d\n",qRange(x,y));
}
else if(k==3){
read(x);read(y);
updSon(x,y);
}
else{
read(x);
printf("%d\n",qSon(x));
}
}
}