動態區間最大子段和問題 給出長度為$n$的序列和$m$次操作,每次修改一個元素的值或查詢區間的最大欄位和(SP1714 GSS3)。 設$f[i]$為以下標$i$結尾的最大子段和,$g[i]$表示從起始位置到$i$以內的最大子段和。 $$ f[i]=\max(f[i 1]+a[i],a[i])\\g ...
動態區間最大子段和問題
給出長度為\(n\)的序列和\(m\)次操作,每次修改一個元素的值或查詢區間的最大欄位和(SP1714 GSS3)。
設\(f[i]\)為以下標\(i\)結尾的最大子段和,\(g[i]\)表示從起始位置到\(i\)以內的最大子段和。
\[
f[i]=\max(f[i-1]+a[i],a[i])\\g[i]=\max(g[i-1],f[i])
\]
定義如下的矩陣乘法,顯然這滿足乘法結合律和分配律。
\[
C=AB\\C[i,j]=\max_{k}(A[i,k]+B[k,j])
\]
將轉移寫為矩陣(註意\(g[i]=\max(g[i-1],f[i-1]+a[i],a[i])\))
\[
\begin{bmatrix}
f[i]\\
g[i]\\
0\end{bmatrix}
=
\begin{bmatrix}
a[i]&-\infty&a[i]\\
a[i]&0&a[i]\\
-\infty&-\infty&0\end{bmatrix}
\begin{bmatrix}
f[i-1]\\
g[i-1]\\
0\end{bmatrix}
\]
可知每個元素\(a[i]\)都對應了一個矩陣,可以認為區間\([l,r]\)的答案所在矩陣正是
\[
(\prod_{i=l}^k
\begin{bmatrix}
a[i]&-\infty&a[i]\\
a[i]&0&a[i]\\
-\infty&-\infty&0
\end{bmatrix}
)\begin{bmatrix}
0\\
-\infty\\
0\end{bmatrix}
\]
因此可以用線段樹維護區間矩陣乘積。
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=5e4+10;
const int inf=0x3f3f3f3f;
struct mtr {
int a[3][3];
int*operator[](int d) {return a[d];}
inline mtr() {}
inline mtr(int val) {
a[0][0]=a[0][2]=a[1][0]=a[1][2]=val;
a[0][1]=a[2][0]=a[2][1]=-inf;
a[1][1]=a[2][2]=0;
}
mtr operator*(mtr b) {
static mtr c;
memset(&c,-inf,sizeof c);
for(int i=0; i<3; ++i)
for(int k=0; k<3; ++k)
for(int j=0; j<3; ++j)
c[i][j]=max(c[i][j],a[i][k]+b[k][j]);
return c;
}
} t,a[N<<2];
#define ls (x<<1)
#define rs (x<<1|1)
void build(int x,int l,int r) {
if(l==r) {
scanf("%d",&r);
a[x]=mtr(r);
return;
}
int mid=(l+r)>>1;
build(ls,l,mid);
build(rs,mid+1,r);
a[x]=a[ls]*a[rs];
}
void modify(int x,int l,int r,int p,int val) {
if(l==r) {
a[x]=mtr(val);
return;
}
int mid=(l+r)>>1;
if(p<=mid) modify(ls,l,mid,p,val);
else modify(rs,mid+1,r,p,val);
a[x]=a[ls]*a[rs];
}
mtr query(int x,int l,int r,int L,int R) {
if(L<=l&&r<=R) return a[x];
int mid=(l+r)>>1;
if(R<=mid) return query(ls,l,mid,L,R);
if(mid<L) return query(rs,mid+1,r,L,R);
return query(ls,l,mid,L,R)*query(rs,mid+1,r,L,R);
}
int main() {
memset(&t,-inf,sizeof t); //notice
t[0][0]=t[2][0]=0;
int n,q;
scanf("%d",&n);
build(1,1,n);
scanf("%d",&q);
for(int op,l,r; q--; ) {
scanf("%d%d%d",&op,&l,&r);
if(op==0) modify(1,1,n,l,r);
else {
mtr ret=query(1,1,n,l,r)*t;
printf("%d\n",max(ret[0][0],ret[1][0]));
}
}
return 0;
}
動態樹上最大權獨立集
註意斷句 給出一棵\(n\)個節點樹和\(m\)次操作,每次操作修改一個點權並計算當前樹上的最大權獨立集的權值。
重鏈剖分,設\(y\)為\(x\)的某個兒子,\(s\)是重兒子,\(f[x,t]\)表示在以\(x\)為根的子樹中不選/選\(x\)時的最大權獨立集權值,\(g[x,t]\)表示在以\(x\)的為根的子樹中除去以\(s\)為根的子樹部分內不選/選\(x\)的最大權獨立集權值,。
\[
g[x,0]=\sum_{y\not=s}\max(f[y,0],f[y,1])\\
g[x,1]=a[x]+\sum_{y\not=s} f[y,0]\\
f[x,0]=g[x,0]+\max(f[s,0],f[s,1])\\
f[x,1]=g[x,1]+f[s,0]
\]
然後改寫為矩陣乘法
\[
\begin{bmatrix}
f[x,0]\\
f[x,1]
\end{bmatrix}=
\begin{bmatrix}
g[x,0]&g[x,0]\\
g[x,1]&-\infty
\end{bmatrix}
\begin{bmatrix}
f[s,0]\\
f[s,1]
\end{bmatrix}
\]
當\(s\)不存在時,欽定\(f[s,0]=0\)、\(f[s,1]=-\infty\)。進一步可發現在一條鏈內,鏈頂的\(f[,t]\)值正是鏈上所有的“G矩陣”(應該明白指的是那個吧)乘起來的第一列值。
因此我們可以樹剖維護重鏈上這些矩陣的乘積,更新時從修改點跳到每條重鏈的鏈頂,計算鏈頂部\(f[,t]\),更新他父親的\(g[,t]\)(顯然他不是父親的重兒子),然後再跳往父親所在重鏈……。
也可以lct來做,(試了一下樹剖發現麻煩爆了)每次access修改點到根,然後對這部分重計算就好了。
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=1e5+10;
const int inf=0x3f3f3f3f;
struct mtr {
int a[2][2];
int*operator[](int d) {return a[d];}
mtr() {memset(a,-inf,sizeof a);}
mtr operator*(mtr b) {
mtr c;
for(int i=0; i<2; ++i)
for(int k=0; k<2; ++k)
for(int j=0; j<2; ++j)
c[i][j]=max(c[i][j],a[i][k]+b[k][j]);
return c;
}
} G[N],PG[N];
int n,m,a[N];
int head[N],to[N<<1],last[N<<1];
int fa[N],ch[N][2],dp[N][2];
void add_edge(int x,int y) {
static int cnt=0;
to[++cnt]=y,last[cnt]=head[x],head[x]=cnt;
}
void dfs(int x) {
dp[x][1]=a[x];
for(int i=head[x]; i; i=last[i]) {
if(to[i]==fa[x]) continue;
fa[to[i]]=x;
dfs(to[i]);
dp[x][0]+=max(dp[to[i]][0],dp[to[i]][1]);
dp[x][1]+=dp[to[i]][0];
}
G[x][0][0]=G[x][0][1]=dp[x][0];
G[x][1][0]=dp[x][1];
PG[x]=G[x];
}
void update(int x) {
PG[x]=G[x];
if(ch[x][0]) PG[x]=PG[ch[x][0]]*PG[x]; //無交換律
if(ch[x][1]) PG[x]=PG[x]*PG[ch[x][1]];
}
int get(int x) {
return ch[fa[x]][0]==x?0:(ch[fa[x]][1]==x?1:-1);
}
void rotate(int x) {
int y=fa[x],k=get(x);
if(~get(y)) ch[fa[y]][get(y)]=x;
fa[x]=fa[y];
fa[ch[y][k]=ch[x][k^1]]=y;
fa[ch[x][k^1]=y]=x;
update(y);
update(x);
}
void splay(int x) {
while(~get(x)) {
int y=fa[x];
if(~get(y)) rotate(get(x)^get(y)?x:y);
rotate(x);
}
}
void access(int x) {
for(int y=0; x; x=fa[y=x]) {
splay(x);
if(ch[x][1]) { //舊的重兒子
G[x][0][0]+=max(PG[ch[x][1]][0][0],PG[ch[x][1]][1][0]);
G[x][1][0]+=PG[ch[x][1]][0][0];
}
if(y) { //新的重兒子
G[x][0][0]-=max(PG[y][0][0],PG[y][1][0]);
G[x][1][0]-=PG[y][0][0];
}
G[x][0][1]=G[x][0][0]; //別忘了
ch[x][1]=y;
update(x);
}
}
void modify(int x,int y) {
access(x);
splay(x);
G[x][1][0]+=y-a[x];
update(x);
a[x]=y;
}
int main() {
scanf("%d%d",&n,&m);
for(int i=1; i<=n; ++i) scanf("%d",a+i);
for(int x,y,i=n; --i; ) {
scanf("%d%d",&x,&y);
add_edge(x,y);
add_edge(y,x);
}
dfs(1); //所有連邊是輕邊
for(int x,y; m--; ) {
scanf("%d%d",&x,&y);
modify(x,y);
splay(1);
printf("%d\n",max(PG[1][0][0],PG[1][1][0]));
}
return 0;
}
全局平衡二叉樹
然後講一講這道題的毒瘤加強版。傳送門
數據加強並且經過特殊構造,樹剖和LCT都過不了了。樹剖本身複雜度太大, O(\(m\log^2n\))過不了百萬是很正常的;而LCT雖然只有一個\(\log\) ,但由於常數過大也被卡了。
樹剖的兩個 \(\log\) 基本上可以放棄治療了。但是我們不禁要問,LCT究竟慢在哪裡?
仔細想想,LCT的access複雜度之所以是一個 \(\log\) ,是由於splay的勢能分析在整棵LCT上依然成立,也就是說可以把LCT看作一棵大splay,在這棵大splay上的一次access只相當於一次splay。
話雖然是這麼說,但是實際上當我們不停地隨機access的時候,要調整的輕重鏈數量還是很多的。感受一下,拿極端情形來說,如果樹是一條鏈,一開始全是輕邊,那麼對鏈末端的結點access一次顯然應該是 \(O(n)\)的。所以其實LCT的常數大就大在它是靠勢能法得到的 \(O(\log n)\),這麼不靠譜的玩意是容易gg的。
但是如果我們不讓LCT放任自由地access,而是一開始就給它構造一個比較優雅的姿態並讓它靜止(本來這棵樹也不需要動),那麼它也許就有救了。我們可以按照樹鏈剖分的套路先劃分出輕重邊,然後對於重鏈建立一棵形態比較好的splay,至於輕兒子就跟原來的LCT一樣直接用輕邊掛上即可。什麼叫“形態比較好”呢?我們給每個點 \(x\) 定義其權重為 size[x]-size[son[x]],其中 son[x] 是它的重兒子,那麼對於一條重鏈,我們可以先找到它的帶權重心作為當前節點,然後對左右分別遞歸建樹。
by GKxx blog
似乎較lct常數更小,也蠻好些的。
#include <bits/stdc++.h> /*卡著時限過*/
using namespace std;
namespace IO {
const unsigned Buffsize=1<<24,Output=1<<24;
static char Ch[Buffsize],*St=Ch,*T=Ch;
inline char getc() {
return((St==T)&&(T=(St=Ch)+fread(Ch,1,Buffsize,stdin),St==T)?0:*St++);
}
static char Out[Output],*nowps=Out;
inline void flush() {
fwrite(Out,1,nowps-Out,stdout);
nowps=Out;
}
template<typename T>inline void read(T&x) {
x=0;
static char ch;
T f=1;
for(ch=getc(); !isdigit(ch); ch=getc())if(ch=='-')f=-1;
for(; isdigit(ch); ch=getc())x=x*10+(ch^48);
x*=f;
}
template<typename T>inline void write(T x,char ch='\n') {
if(!x)*nowps++=48;
if(x<0)*nowps++='-',x=-x;
static unsigned sta[111],tp;
for(tp=0; x; x/=10)sta[++tp]=x%10;
for(; tp; *nowps++=sta[tp--]^48);
*nowps++=ch;
flush();
}
}
using IO::read;
using IO::write;
const int N=1e6+10;
const int inf=0x3f3f3f3f;
struct mtr {
int a[2][2];
int*operator[](int x) {return a[x]; }
inline mtr() {}
inline mtr(int g0,int g1) {
a[0][0]=a[0][1]=g0;
a[1][0]=g1;
a[1][1]=-inf;
}
inline mtr operator*(mtr b) {
mtr c;
c[0][0]=max(a[0][0]+b[0][0],a[0][1]+b[1][0]);
c[0][1]=max(a[0][0]+b[0][1],a[0][1]+b[1][1]);
c[1][0]=max(a[1][0]+b[0][0],a[1][1]+b[1][0]);
c[1][1]=max(a[1][0]+b[0][1],a[1][1]+b[1][1]);
return c;
}
void print() {
printf("%d %d\n%d %d\n\n",a[0][0],a[0][1],a[1][0],a[1][1]);
}
};
int n,m,a[N];
int head[N],to[N<<1],last[N<<1];
int siz[N],son[N],g[N][2];
inline void add_edge(int x,int y) {
static int cnt=0;
to[++cnt]=y,last[cnt]=head[x],head[x]=cnt;
}
void dfs1(int x,int pa) {
siz[x]=1;
g[x][1]=a[x];
for(int i=head[x]; i; i=last[i]) {
if(to[i]==pa) continue;
dfs1(to[i],x);
siz[x]+=siz[to[i]];
if(siz[to[i]]>siz[son[x]]) son[x]=to[i];
g[x][0]+=max(g[to[i]][0],g[to[i]][1]);
g[x][1]+=g[to[i]][0];
}
}
void dfs2(int x,int pa) {
if(!son[x]) return;
g[x][0]-=max(g[son[x]][0],g[son[x]][1]);
g[x][1]-=g[son[x]][0];
for(int i=head[x]; i; i=last[i])
if(to[i]!=pa) dfs2(to[i],x);
}
mtr G[N],PG[N];
int root,fa[N],ch[N][2];
int stk[N],tp;
bool is_root[N];
inline void update(int x) {
PG[x]=G[x];
if(ch[x][0]) PG[x]=PG[ch[x][0]]*PG[x];
if(ch[x][1]) PG[x]=PG[x]*PG[ch[x][1]];
}
int chain(int l,int r) {
if(r<l) return 0;
int sum=0,pre=0;
for(int i=l; i<=r; ++i) sum+=siz[stk[i]]-siz[son[stk[i]]];
for(int i=l; i<=r; ++i) {
pre+=siz[stk[i]]-siz[son[stk[i]]];
if((pre<<1)>=sum) {
int x=stk[i];
ch[x][0]=chain(l,i-1);
ch[x][1]=chain(i+1,r);
if(ch[x][0]) fa[ch[x][0]]=x;
if(ch[x][1]) fa[ch[x][1]]=x;
update(x);
return x;
}
}
return 2333;
}
int tree(int top,int pa) {
for(int x=top; x; x=son[pa=x]) {
for(int i=head[x]; i; i=last[i]) {
if(to[i]!=son[x]&&to[i]!=pa) {
fa[tree(to[i],x)]=x;
}
}
G[x]=mtr(g[x][0],g[x][1]);
}
tp=0;
for(int x=top; x; x=son[x]) stk[++tp]=x;
return chain(1,tp);
}
inline void build() {
root=tree(1,0);
for(int i=1; i<=n; ++i) {
is_root[i]=ch[fa[i]][0]!=i&&ch[fa[i]][1]!=i;
}
}
inline int solve(int x,int y) {
g[x][1]+=y-a[x];
a[x]=y;
for(int f0,f1; x; x=fa[x]) {
f0=PG[x][0][0];
f1=PG[x][1][0];
G[x]=mtr(g[x][0],g[x][1]);
update(x);
if(fa[x]&&is_root[x]) {
g[fa[x]][0]+=max(PG[x][0][0],PG[x][1][0])-max(f0,f1);
g[fa[x]][1]+=PG[x][0][0]-f0;
}
}
return max(PG[root][0][0],PG[root][1][0]);
}
int main() {
read(n);
read(m);
for(int i=1; i<=n; ++i) read(a[i]);
for(int x,y,i=n; --i; ) {
read(x);
read(y);
add_edge(x,y);
add_edge(y,x);
}
dfs1(1,0);
dfs2(1,0);
build();
int lastans=0;
for(int x,y; m--; ) {
read(x);
read(y);
x^=lastans;
lastans=solve(x,y);
write(lastans);
}
return 0;
}
NOIP18 保衛王國
給出一棵\(n\)個節點樹和\(m\)次詢問,每次詢問強制選/不選兩個點然後計算當前樹上的最小覆蓋集,詢問互相獨立。
提示:強制選一個點就是把它的點權改成0,強制不選就是改成 \(\infty\);最小覆蓋權值+最大獨立集權值=總權值。
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=1e6+10;
const long long inf=1e10;
struct mtr {
long long a[2][2];
long long*operator[](int x) {return a[x]; }
inline mtr() {}
inline mtr(long long g0,long long g1) {
a[0][0]=a[0][1]=g0;
a[1][0]=g1;
a[1][1]=-inf;
}
inline mtr operator*(mtr b) {
mtr c;
c[0][0]=max(a[0][0]+b[0][0],a[0][1]+b[1][0]);
c[0][1]=max(a[0][0]+b[0][1],a[0][1]+b[1][1]);
c[1][0]=max(a[1][0]+b[0][0],a[1][1]+b[1][0]);
c[1][1]=max(a[1][0]+b[0][1],a[1][1]+b[1][1]);
return c;
}
};
int n,m;
long long a[N],g[N][2];
int head[N],to[N<<1],last[N<<1];
int prt[N],siz[N],son[N];
inline void add_edge(int x,int y) {
static int cnt=0;
to[++cnt]=y,last[cnt]=head[x],head[x]=cnt;
}
void dfs1(int x,int pa) {
siz[x]=1;
g[x][1]=a[x];
for(int i=head[x]; i; i=last[i]) {
if(to[i]==pa) continue;
prt[to[i]]=x;
dfs1(to[i],x);
siz[x]+=siz[to[i]];
if(siz[to[i]]>siz[son[x]]) son[x]=to[i];
g[x][0]+=max(g[to[i]][0],g[to[i]][1]);
g[x][1]+=g[to[i]][0];
}
}
void dfs2(int x,int pa) {
if(!son[x]) return;
g[x][0]-=max(g[son[x]][0],g[son[x]][1]);
g[x][1]-=g[son[x]][0];
for(int i=head[x]; i; i=last[i])
if(to[i]!=pa) dfs2(to[i],x);
}
mtr G[N],PG[N];
int root,fa[N],ch[N][2];
int stk[N],tp;
bool is_root[N];
inline void update(int x) {
PG[x]=G[x];
if(ch[x][0]) PG[x]=PG[ch[x][0]]*PG[x];
if(ch[x][1]) PG[x]=PG[x]*PG[ch[x][1]];
}
int chain(int l,int r) {
if(r<l) return 0;
int sum=0,pre=0;
for(int i=l; i<=r; ++i) sum+=siz[stk[i]]-siz[son[stk[i]]];
for(int i=l; i<=r; ++i) {
pre+=siz[stk[i]]-siz[son[stk[i]]];
if((pre<<1)>=sum) {
int x=stk[i];
ch[x][0]=chain(l,i-1);
ch[x][1]=chain(i+1,r);
if(ch[x][0]) fa[ch[x][0]]=x;
if(ch[x][1]) fa[ch[x][1]]=x;
update(x);
return x;
}
}
return 2333;
}
int tree(int top,int pa) {
for(int x=top; x; x=son[pa=x]) {
for(int i=head[x]; i; i=last[i]) {
if(to[i]!=son[x]&&to[i]!=pa) {
fa[tree(to[i],x)]=x;
}
}
G[x]=mtr(g[x][0],g[x][1]);
}
tp=0;
for(int x=top; x; x=son[x]) stk[++tp]=x;
return chain(1,tp);
}
inline void build() {
root=tree(1,0);
for(int i=1; i<=n; ++i) {
is_root[i]=ch[fa[i]][0]!=i&&ch[fa[i]][1]!=i;
}
}
long long tot,res;
inline void solve(int x,long long y) {
tot+=y;
g[x][1]+=y;
for(long long f0,f1; x; x=fa[x]) {
f0=PG[x][0][0];
f1=PG[x][1][0];
G[x]=mtr(g[x][0],g[x][1]);
update(x);
if(fa[x]&&is_root[x]) {
g[fa[x]][0]+=max(PG[x][0][0],PG[x][1][0])-max(f0,f1);
g[fa[x]][1]+=PG[x][0][0]-f0;
}
}
}
inline void solve(int x,int p,int y,int q) {
long long sx,sy;
if(!p&&!q) sx=inf,sy=inf,res=0;
else if(!p&&q) sx=inf,sy=0,res=a[y];
else if(p&&!q) sx=0,sy=inf,res=a[x];
else sx=0,sy=0,res=a[x]+a[y];
solve(x,sx-a[x]);
solve(y,sy-a[y]);
res+=tot-max(PG[root][0][0],PG[root][1][0]);
solve(x,a[x]-sx);
solve(y,a[y]-sy);
}
char type[10];
int main() { //此代碼 在-O2時極快
freopen("defense.in","r",stdin);
freopen("defense.ans","w",stdout);
scanf("%d%d%s",&n,&m,type);
for(int i=1; i<=n; ++i) {
scanf("%lld",a+i);
tot+=a[i];
}
for(int x,y,i=n; --i; ) {
scanf("%d%d",&x,&y);
add_edge(x,y);
add_edge(y,x);
}
dfs1(1,0);
dfs2(1,0);
build();
for(int x,p,y,q; m--; ) {
scanf("%d%d%d%d",&x,&p,&y,&q);
if(!p&&!q&&(prt[x]==y||prt[y]==x)) {
puts("-1");
continue;
}
solve(x,p,y,q);
printf("%lld\n",res);
}
return 0;
}
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