本问涉及知识点
C++图论 树 启发式合并
[COCI2020-2021#1] Papričice
题目描述
给定一个 n n n 个点的树,这 n n n 个点编号为 1 1 1 到 n n n。
现在要选择断掉两条边,会形成三个连通块,假设这三个连通块内的点数分别为 a , b , c a,b,c a,b,c,那么您要做的就是最小化 max { a , b , c } − min { a , b , c } \max\{a,b,c\}-\min\{a,b,c\} max{a,b,c}−min{a,b,c} 的大小,求这个最小值。
输入格式
第一行一个整数 n n n 代表树的点数。
接下来 n − 1 n-1 n−1 行每行两个整数 x , y x,y x,y 代表树的一条边。
输出格式
一行一个整数代表答案。
样例 #1
样例输入 #1
4
1 2
2 3
3 4
样例输出 #1
1
样例 #2
样例输入 #2
6
1 2
1 3
3 4
3 5
5 6
样例输出 #2
0
样例 #3
样例输入 #3
9
1 3
2 3
3 4
3 5
5 6
5 7
7 8
7 9
样例输出 #3
2
提示
样例 1 解释
能构造的最优解三个连通块的点数都为 1 , 1 , 2 1,1,2 1,1,2,所以输出 2 − 1 = 1 2-1=1 2−1=1。
样例 2 解释
断掉点 1 1 1 到点 3 3 3 的边,点 3 3 3 到点 5 5 5 的边,形成的三个连通块点数相同。
样例 3 解释
如下图所示:

数据规模与约定
本题采用捆绑测试。
- Subtask 1(15 pts): 3 ≤ n ≤ 200 3 \le n \le 200 3≤n≤200。
- Subtask 2(35 pts): 3 ≤ n ≤ 2000 3 \le n \le 2000 3≤n≤2000。
- Subtask 3(60 pts): 3 ≤ n ≤ 2 × 10 5 3 \le n \le 2 \times 10^5 3≤n≤2×105。
对于 100 % 100\% 100% 的数据, 1 ≤ x , y ≤ n 1 \le x,y \le n 1≤x,y≤n。
本题满分 110 110 110 分。
说明
翻译自 Croatian Open Competition in Informatics 2020 ~ 2021 Round 1 D Papričice。
图论 树 启发式合并
O(nn)
n-1条边都是某节点指向父节点,且除根节点外,都有且只有一条边指向父节点。
一,建立临接表。
二,通过临接表以0为根,BFS出各节点层次及各层次节点。
三,求各节点的父节点。
四,通过父节点和层次初始化树上倍增。
五,求各节点的大小s。
六,枚举两个节点a,b,令其公共祖先是c。
如果a的层次大于b,忽略。
如果c=a ,三个数为:s(0)-s(a),s(b) ,s(a)-s(b)
否则,三个数是 s(0)-s(a)-s(b),s(a),s(b)
分治发 O(nlognlogn)(错误)
启发性合并:当前节点和后代最多的子节点互换,复制其它子节点的后代。时间复杂度:O(nlogn)。 任意节点cur顶多复制logn次。第一次复制后,cur所在子树的节点数至少2,第二次复制后,cur所在子树的节点数至少4, ⋯ \cdots ⋯ logn次后,cur所在子树的节点数就达到n了。被复制,说明存在更多后代的兄弟子树,故每次复制cur所在的子树节点数都至少翻倍。
一,a是b的祖先。利用启发式合并用有序集合cc,记录节点a所有后代的大小。无论s(0)-s(a)是最小值,还是最大值,还是中间值。s(a)-s(b)和s(b)越接近越好。
即abs(s(a)-2s(b))最小,如果s(a) >= 2s(b),我们只比较最大s(b);如果s(a) <= 2s(b),我们只比较最小s(b)
如果s(a)是偶数,上面式子等效于 s(b) <= s(a)/2 ,s(b) >= s(a)/2
如果s(a)是奇数s(b) <= s(a)/2 ,则s(a) -2s(b) <=0 ;s(b) > s(a)/2 ,则 s(a)-2s(b) > 0
总之上所述:s(b) <= s(a)/2 ,我们比较最大s(b);s(b) > s(a)/2,我们比较最小s(b)
即 it = cc.upper(s(a)/2),比较it和 (--it)
二,a和b不是祖先、后代的关系。对于给定a,无论s(a)是最大值、中间值、最小值,x1=s(0)-s(a)-s(b)和s(b)都是越接近越好。令x = (s(0)-s(a))/2
如果s(b) <= x 。x1 -s(b) >=0,故s(b)越大越好。如果sb(b) > x,s(b)-x >=0,s(b)越小越好。
计算完各子树节点数后,调整临接表,确保长子的后代数最多。
如果a、b的级别不一样,只枚举级别小。进一步分两种情况:
b是大哥子树的后代,即启发式合并时的父节点。
b是小弟子树的后代,从最年幼的子树开始枚举。由于长子不是任何兄弟的弟弟,故无需枚举。故时间和启动式合并一样O(nlogn)。
正确解法
上述解法错误原因:a的层次小于等于b,则b不一定再a的亲兄弟树。可能在b的堂兄弟树。
leveNodes[i]记录树层次节点, i从大道小,v =leveNodes[i]
先计算v各元素的cc。
确保cnt[v[0]]大于等于ctn[v的其它元素]。
j = 1 to 大
cc[v[0]] 就是v[j] 所有堂兄树
cc[v[0]]加上 cc[v[j]]
for j 从 v.size()-1 到 1
cc[v[0]]减去 cc[v[j]]
tmp += cc[v[j]]
tmp是v[j-1]所有堂弟树
代码
无论如何都超时,于是删除部分代码,看问题在哪?结果通过了。
要么样例太弱,要么级别高的点必定在堂长兄。
cpp
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <vector>
#include<map>
#include<unordered_map>
#include<set>
#include<unordered_set>
#include<string>
#include<algorithm>
#include<functional>
#include<queue>
#include <stack>
#include<iomanip>
#include<numeric>
#include <math.h>
#include <climits>
#include<assert.h>
#include<cstring>
#include <bitset>
using namespace std;
template<class T1, class T2>
std::istream& operator >> (std::istream& in, pair<T1, T2>& pr) {
in >> pr.first >> pr.second;
return in;
}
template<class T1, class T2, class T3 >
std::istream& operator >> (std::istream& in, tuple<T1, T2, T3>& t) {
in >> get<0>(t) >> get<1>(t) >> get<2>(t) ;
return in;
}
template<class T1, class T2, class T3, class T4 >
std::istream& operator >> (std::istream& in, tuple<T1, T2, T3, T4>& t) {
in >> get<0>(t) >> get<1>(t) >> get<2>(t) >> get<3>(t);
return in;
}
template<class T = int>
vector<T> Read() {
int n;
scanf("%d", &n);
vector<T> ret(n);
for(int i=0;i < n ;i++) {
cin >> ret[i];
}
return ret;
}
template<class T = int>
vector<T> Read(int n) {
vector<T> ret(n);
for (int i = 0; i < n; i++) {
cin >> ret[i];
}
return ret;
}
class CNeiBo
{
public:
static vector<vector<int>> Two(int n, vector<pair<int, int>>& edges, bool bDirect, int iBase = 0)
{
vector<vector<int>> vNeiBo(n);
for (const auto& [i1, i2] : edges)
{
vNeiBo[i1 - iBase].emplace_back(i2 - iBase);
if (!bDirect)
{
vNeiBo[i2 - iBase].emplace_back(i1 - iBase);
}
}
return vNeiBo;
}
static vector<vector<int>> Two(int n, vector<vector<int>>& edges, bool bDirect, int iBase = 0)
{
vector<vector<int>> vNeiBo(n);
for (const auto& v : edges)
{
vNeiBo[v[0] - iBase].emplace_back(v[1] - iBase);
if (!bDirect)
{
vNeiBo[v[1] - iBase].emplace_back(v[0] - iBase);
}
}
return vNeiBo;
}
static vector<vector<std::pair<int, int>>> Three(int n, vector<vector<int>>& edges, bool bDirect, int iBase = 0)
{
vector<vector<std::pair<int, int>>> vNeiBo(n);
for (const auto& v : edges)
{
vNeiBo[v[0] - iBase].emplace_back(v[1] - iBase, v[2]);
if (!bDirect)
{
vNeiBo[v[1] - iBase].emplace_back(v[0] - iBase, v[2]);
}
}
return vNeiBo;
}
static vector<vector<int>> Mat(vector<vector<int>>& neiBoMat)
{
vector<vector<int>> neiBo(neiBoMat.size());
for (int i = 0; i < neiBoMat.size(); i++)
{
for (int j = i + 1; j < neiBoMat.size(); j++)
{
if (neiBoMat[i][j])
{
neiBo[i].emplace_back(j);
neiBo[j].emplace_back(i);
}
}
}
return neiBo;
}
};
class CBFSLeve {
public:
static vector<int> Leve(const vector<vector<int>>& neiBo, vector<int> start) {
vector<int> leves(neiBo.size(), -1);
for (const auto& s : start) {
leves[s] = 0;
}
for (int i = 0; i < start.size(); i++) {
for (const auto& next : neiBo[start[i]]) {
if (-1 != leves[next]) { continue; }
leves[next] = leves[start[i]] + 1;
start.emplace_back(next);
}
}
return leves;
}
template<class NextFun>
static vector<int> Leve(int N, NextFun nextFun, vector<int> start) {
vector<int> leves(N, -1);
for (const auto& s : start) {
leves[s] = 0;
}
for (int i = 0; i < start.size(); i++) {
auto nexts = nextFun(start[i]);
for (const auto& next : nexts) {
if (-1 != leves[next]) { continue; }
leves[next] = leves[start[i]] + 1;
start.emplace_back(next);
}
}
return leves;
}
static vector<vector<int>> LeveNodes(const vector<int>& leves) {
const int iMaxLeve = *max_element(leves.begin(), leves.end());
vector<vector<int>> ret(iMaxLeve + 1);
for (int i = 0; i < leves.size(); i++) {
ret[leves[i]].emplace_back(i);
}
return ret;
};
static vector<int> LeveSort(const vector<int>& leves) {
const int iMaxLeve = *max_element(leves.begin(), leves.end());
vector<vector<int>> leveNodes(iMaxLeve + 1);
for (int i = 0; i < leves.size(); i++) {
leveNodes[leves[i]].emplace_back(i);
}
vector<int> ret;
for (const auto& v : leveNodes) {
ret.insert(ret.end(), v.begin(), v.end());
}
return ret;
};
};
class Solution {
public:
int Ans(vector<pair<int, int>>& edge) {
const int N = edge.size() + 1;
int ans = INT_MAX / 2;
auto Ans = [&](int a, int b, int c) {
const int iMax = max(max(a, b), c);
const int iMin = min(min(a, b), c);
ans = min(ans, iMax - iMin);
};
auto neiBo = CNeiBo::Two(N, edge, false, 1);
auto leves = CBFSLeve::Leve(neiBo, { 0 });
auto leveNodes = CBFSLeve::LeveNodes(leves);
auto leveSorts = CBFSLeve::LeveSort(leves);
vector<int> vs2(leveSorts.rbegin(), leveSorts.rend());
vector<vector<int>> childs(N);
for (int i = 0; i < N; i++) {
for (const auto& next : neiBo[i]) {
if (leves[next] < leves[i]) { continue; }
childs[i].emplace_back(next);
}
}
vector<int> cnt(N, 1);
for (const auto& cur : vs2) {
for (const auto& chi : childs[cur]) {
cnt[cur] += cnt[chi];
}
}
for (auto& v : childs) {
for (int i = 1; i < v.size(); i++) {
if (cnt[v[i]] > cnt[v[0]]) { swap(v[i], v[0]); }
}
}
vector<multiset<int>> cc(N);
auto Do33 = [&N, Ans](multiset<int>& tmp, int ccnt) {
const int x = (N - ccnt) / 2;
auto it = tmp.upper_bound(x);
if (tmp.end() != it) {
Ans(ccnt, *it, N - ccnt - *it);
}
if (tmp.begin() != it) {
Ans(ccnt, *prev(it), N - ccnt - *prev(it));
}
};
auto Do = [&](int cur) {
cc[cur].swap(cc[childs[cur][0]]);
for (int i = 1; i < childs[cur].size(); i++) {
const auto& chi = childs[cur][i];
cc[cur].insert(cc[chi].begin(), cc[chi].end());
}
auto it = cc[cur].upper_bound(cnt[cur] / 2);
if (cc[cur].end() != it) {
Ans(cnt[cur] - *it, *it, N - cnt[cur]);
}
if (cc[cur].begin() != it) {
Ans(cnt[cur] - *prev(it), *prev(it), N - cnt[cur]);
}
};
vector<vector<int>> tv(leveNodes.rbegin(), leveNodes.rend());
for (auto& v : tv )
{
for (int i = 1; i < v.size(); i++) {
if (cnt[v[i]] > cnt[v[0]]) { swap(v[0], v[i]); }
}
for (const auto& cur : v) {
if (!childs[cur].empty()) { Do(cur); }
cc[cur].emplace(cnt[cur]);
}
for (int i = 1; i < v.size(); i++) {
Do33(cc[v[0]], cnt[v[i]]);
//cc[v[0]].insert(cc[v[i]].begin(), cc[v[i]].end());
}
/*multiset<int> tmp;
for (int i = v.size() - 1; i > 0; i--) {
tmp.insert(cc[v[i]].begin(), cc[v[i]].end());
Do33(tmp, cnt[v[i - 1]]);
}
for (const auto& i : tmp) {
cc[v[0]].erase(cc[v[0]].find(i));
}*/
}
return ans;
}
};
int main() {
#ifdef _DEBUG
freopen("a.in", "r", stdin);
#endif // DEBUG
int N;
cin >> N ;
auto edge = Read<pair<int,int>>(N-1);
#ifdef _DEBUG
// //printf("N=%d", n);
//Out(edge, "edge=");
#endif // DEBUG
auto res = Solution().Ans(edge);
cout << res << endl;
return 0;
}
各种情况都考虑
cpp
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <vector>
#include<map>
#include<unordered_map>
#include<set>
#include<unordered_set>
#include<string>
#include<algorithm>
#include<functional>
#include<queue>
#include <stack>
#include<iomanip>
#include<numeric>
#include <math.h>
#include <climits>
#include<assert.h>
#include<cstring>
#include <bitset>
using namespace std;
template<class T1, class T2>
std::istream& operator >> (std::istream& in, pair<T1, T2>& pr) {
in >> pr.first >> pr.second;
return in;
}
template<class T1, class T2, class T3 >
std::istream& operator >> (std::istream& in, tuple<T1, T2, T3>& t) {
in >> get<0>(t) >> get<1>(t) >> get<2>(t) ;
return in;
}
template<class T1, class T2, class T3, class T4 >
std::istream& operator >> (std::istream& in, tuple<T1, T2, T3, T4>& t) {
in >> get<0>(t) >> get<1>(t) >> get<2>(t) >> get<3>(t);
return in;
}
template<class T = int>
vector<T> Read() {
int n;
scanf("%d", &n);
vector<T> ret(n);
for(int i=0;i < n ;i++) {
cin >> ret[i];
}
return ret;
}
template<class T = int>
vector<T> Read(int n) {
vector<T> ret(n);
for (int i = 0; i < n; i++) {
cin >> ret[i];
}
return ret;
}
class CNeiBo
{
public:
static vector<vector<int>> Two(int n, vector<pair<int, int>>& edges, bool bDirect, int iBase = 0)
{
vector<vector<int>> vNeiBo(n);
for (const auto& [i1, i2] : edges)
{
vNeiBo[i1 - iBase].emplace_back(i2 - iBase);
if (!bDirect)
{
vNeiBo[i2 - iBase].emplace_back(i1 - iBase);
}
}
return vNeiBo;
}
static vector<vector<int>> Two(int n, vector<vector<int>>& edges, bool bDirect, int iBase = 0)
{
vector<vector<int>> vNeiBo(n);
for (const auto& v : edges)
{
vNeiBo[v[0] - iBase].emplace_back(v[1] - iBase);
if (!bDirect)
{
vNeiBo[v[1] - iBase].emplace_back(v[0] - iBase);
}
}
return vNeiBo;
}
static vector<vector<std::pair<int, int>>> Three(int n, vector<vector<int>>& edges, bool bDirect, int iBase = 0)
{
vector<vector<std::pair<int, int>>> vNeiBo(n);
for (const auto& v : edges)
{
vNeiBo[v[0] - iBase].emplace_back(v[1] - iBase, v[2]);
if (!bDirect)
{
vNeiBo[v[1] - iBase].emplace_back(v[0] - iBase, v[2]);
}
}
return vNeiBo;
}
static vector<vector<int>> Mat(vector<vector<int>>& neiBoMat)
{
vector<vector<int>> neiBo(neiBoMat.size());
for (int i = 0; i < neiBoMat.size(); i++)
{
for (int j = i + 1; j < neiBoMat.size(); j++)
{
if (neiBoMat[i][j])
{
neiBo[i].emplace_back(j);
neiBo[j].emplace_back(i);
}
}
}
return neiBo;
}
};
class CBFSLeve {
public:
static vector<int> Leve(const vector<vector<int>>& neiBo, vector<int> start) {
vector<int> leves(neiBo.size(), -1);
for (const auto& s : start) {
leves[s] = 0;
}
for (int i = 0; i < start.size(); i++) {
for (const auto& next : neiBo[start[i]]) {
if (-1 != leves[next]) { continue; }
leves[next] = leves[start[i]] + 1;
start.emplace_back(next);
}
}
return leves;
}
template<class NextFun>
static vector<int> Leve(int N, NextFun nextFun, vector<int> start) {
vector<int> leves(N, -1);
for (const auto& s : start) {
leves[s] = 0;
}
for (int i = 0; i < start.size(); i++) {
auto nexts = nextFun(start[i]);
for (const auto& next : nexts) {
if (-1 != leves[next]) { continue; }
leves[next] = leves[start[i]] + 1;
start.emplace_back(next);
}
}
return leves;
}
static vector<vector<int>> LeveNodes(const vector<int>& leves) {
const int iMaxLeve = *max_element(leves.begin(), leves.end());
vector<vector<int>> ret(iMaxLeve + 1);
for (int i = 0; i < leves.size(); i++) {
ret[leves[i]].emplace_back(i);
}
return ret;
};
static vector<int> LeveSort(const vector<int>& leves) {
const int iMaxLeve = *max_element(leves.begin(), leves.end());
vector<vector<int>> leveNodes(iMaxLeve + 1);
for (int i = 0; i < leves.size(); i++) {
leveNodes[leves[i]].emplace_back(i);
}
vector<int> ret;
for (const auto& v : leveNodes) {
ret.insert(ret.end(), v.begin(), v.end());
}
return ret;
};
};
class Solution {
public:
int Ans(vector<pair<int, int>>& edge) {
const int N = edge.size() + 1;
int ans = INT_MAX / 2;
auto Ans = [&](int a, int b, int c) {
const int iMax = max(max(a, b), c);
const int iMin = min(min(a, b), c);
ans = min(ans, iMax - iMin);
};
auto neiBo = CNeiBo::Two(N, edge, false, 1);
auto leves = CBFSLeve::Leve(neiBo, { 0 });
auto leveNodes = CBFSLeve::LeveNodes(leves);
auto leveSorts = CBFSLeve::LeveSort(leves);
vector<int> vs2(leveSorts.rbegin(), leveSorts.rend());
vector<vector<int>> childs(N);
for (int i = 0; i < N; i++) {
for (const auto& next : neiBo[i]) {
if (leves[next] < leves[i]) { continue; }
childs[i].emplace_back(next);
}
}
vector<int> cnt(N, 1);
for (const auto& cur : vs2) {
for (const auto& chi : childs[cur]) {
cnt[cur] += cnt[chi];
}
}
for (auto& v : childs) {
for (int i = 1; i < v.size(); i++) {
if (cnt[v[i]] > cnt[v[0]]) { swap(v[i], v[0]); }
}
}
vector<set<int>> cc(N);
auto Do33 = [&N, Ans](set<int>& tmp, int ccnt) {
const int x = (N - ccnt) / 2;
auto it = tmp.upper_bound(x);
if (tmp.end() != it) {
Ans(ccnt, *it, N - ccnt - *it);
}
if (tmp.begin() != it) {
Ans(ccnt, *prev(it), N - ccnt - *prev(it));
}
};
auto Do = [&](int cur) {
cc[cur].swap(cc[childs[cur][0]]);
for (int i = 1; i < childs[cur].size(); i++) {
const auto& chi = childs[cur][i];
cc[cur].insert(cc[chi].begin(), cc[chi].end());
}
auto it = cc[cur].upper_bound(cnt[cur] / 2);
if (cc[cur].end() != it) {
Ans(cnt[cur] - *it, *it, N - cnt[cur]);
}
if (cc[cur].begin() != it) {
Ans(cnt[cur] - *prev(it), *prev(it), N - cnt[cur]);
}
};
vector<vector<int>> tv(leveNodes.rbegin(), leveNodes.rend());
for (auto& v : tv )
{
for (int i = 1; i < v.size(); i++) {
if (cnt[v[i]] > cnt[v[0]]) { swap(v[0], v[i]); }
}
for (const auto& cur : v) {
if (!childs[cur].empty()) { Do(cur); }
cc[cur].emplace(cnt[cur]);
}
set<int> tmp1;
for (int i = 1; i < v.size(); i++) {
Do33(cc[v[0]], cnt[v[i]]);
Do33(tmp1, cnt[v[i]]);
tmp1.insert(cc[v[i]].begin(), cc[v[i]].end());
}
set<int> tmp2;
for (int i = v.size() - 1; i > 0; i--) {
tmp2.insert(cc[v[i]].begin(), cc[v[i]].end());
Do33(tmp2, cnt[v[i - 1]]);
}
}
return ans;
}
};
int main() {
#ifdef _DEBUG
freopen("a.in", "r", stdin);
#endif // DEBUG
int N;
cin >> N ;
auto edge = Read<pair<int,int>>(N-1);
#ifdef _DEBUG
// //printf("N=%d", n);
//Out(edge, "edge=");
#endif // DEBUG
auto res = Solution().Ans(edge);
cout << res << endl;
return 0;
}
单元测试
cpp
vector<pair<int, int>> edge;
TEST_METHOD(TestMethod1)
{
edge = { {1,2},{1,3} };
auto res = Solution().Ans(edge);
AssertEx(0, res);
}
TEST_METHOD(TestMethod11)
{
edge = { {1,2},{2,3},{3,4} };
auto res = Solution().Ans(edge);
AssertEx(1, res);
}
TEST_METHOD(TestMethod12)
{
edge = { {1,2},{1,3},{3,4},{3,5},{5,6} };
auto res = Solution().Ans(edge);
AssertEx(0, res);
}
TEST_METHOD(TestMethod13)
{
edge = { {1,3},{2,3},{3,4},{3,5},{5,6},{5,7},{7,8},{7,9} };
auto res = Solution().Ans(edge);
AssertEx(2, res);
}
TEST_METHOD(TestMethod14)
{
edge = { {1,2},{1,3},{3,4} };
auto res = Solution().Ans(edge);
AssertEx(1, res);
}
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| 有效学习:明确的目标 及时的反馈 拉伸区(难度合适) 专注 |
| 闻缺陷则喜(喜缺)是一个美好的愿望,早发现问题,早修改问题,给老板节约钱。 |
| 子墨子言之:事无终始,无务多业。也就是我们常说的专业的人做专业的事。 |
| 如果程序是一条龙,那算法就是他的是睛 |
| 失败+反思=成功 成功+反思=成功 |
视频课程
先学简单的课程,请移步CSDN学院,听白银讲师(也就是鄙人)的讲解。
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测试环境
操作系统:win7 开发环境: VS2019 C++17
或者 操作系统:win10 开发环境: VS2022 C++17
如无特殊说明,本算法用**C++**实现。