「Link-Cut Tree」学习笔记

Link-Cut Tree,用来解决动态树问题。

宏观上,LCT维护的是森林而非树。因此存在多颗LCT。有点像动态的树剖(链的确定通过$Access$操作),每条链用一颗$splay$维护。$splay$维护链的关键字是深度,因此一条链的顶端就是$splay$中键值最小的点

由于LCT的资料有很多,在此不详细阐述。只是谈谈理解有困惑的几个点,其中大多已经解决了:

关于虚边

这里的虚边其实不能算叫边,只能说是一个父指针。由于splay是二叉树,但有可能出现有好多虚边指向一个点的情况。因此虚边其实就是儿子认爸爸,而爸爸不认儿子

虚边的真正作用其实是连接每颗splay,换句话说,虚边其实就是每颗splay根节点的父指针,指向另一个splay中的节点。然而这个父指针并不会因为rotate而被破坏,因为这里和普通的splay不同,在rotate的过程是有可能涉及到别的splay中的点(也就是gf),在rotate时,我们一定会把原本指向gf的节点f改为x

关于$Access$操作

Access操作用来让一个节点x到当前LCT的根节点的整条路径都变为实边(并且节点x与下方的实边断开,成为最底部的点)。形象的说,由于每个点只能在一个splay中,有的实边要变为虚边。Access操作时LCT动态维护森林的根本,而之所以能够达到动态效果正是由于实链的不断变换

因此我们可以从x开始向上走,每一次将当前节点(一定是当前splay中深度最大的)splay到根,由于它是深度最大的,一定没有右儿子。因此可以把它的右儿子接上上一轮的splay(第一轮就接上空的)。注意这里的接儿子只需要改变ch的值,而不用更新fa(因为原本是虚边,儿子一定认爸爸)。如果它本身就有右儿子也不管,这样接上另一个儿子之后,原来的儿子依然认它为爸爸,然而爸爸却突然之间不认它了,因此就变成了虚边。

关于$Makeroot$操作

意义就是让节点x成为当前splay的根。因此可以先Access(x),然后splay(x)(注意splay不会改变任何关系)。此时由于x已经被Access了,因此一定是深度最大的节点。所以splay之后一定没有右儿子。此时想让x成为根,那么也就是深度最小。开始发挥splay最重要的作用——翻转。

说到关于懒标记的,splay中标记的下传可以这样操作(新学):对于要splay的节点x,先一路递归到达根节点,然后依次往下下传标记。因为splay只会一路影响它的father,update也是一个原理

问题:为什么要整个翻转,而不是只交换根的左右儿子呢?效果貌似一样?虽然实测爆0,但还是不太懂为什么……(我太弱了)

关于$Findroot$操作

找根。最简单的操作之一,先Access和splay,此时最小的便是根

关于$split$操作

提取出x到y的链。只需要makeroot(x),然后access(y)。此时就打通了x到y的路径(真的好动态哇)。为了方便查找,splay(y),这样从y一直找最小的就好了。也是灰常简单滴

关于$Link$操作

makeroot(x),然后把x的父亲置为y

为什么?为什么?为什么?

Update:我可能脑子有点问题…… 其实把x的父亲置为y相当于连了一条虚边——此时他们合并为了一个LCT,其中x就在y的下面了,和正常的一样

关于$Cut$操作

依旧不难。要断x到y的直接边,那么首先要把它提取出来,然后断了就好了。如何提取?split啊!!!

但是注意如果要判断这条边是否存在有两个条件,其一很简单,$ch[y][0]==x?$。因为前面split的时候y被作为了splay的根节点,而因为它们是直接边,所以高度差不超过1.因此就是左儿子

还有一个条件是要满足$ch[x][1]==0$,因为如果x存在右儿子,这个右儿子肯定比它大比y小,这样差值就不是1了

口诀

旋转记得判父亲,伸展记得先下传。

Access记得要更新,Link记得要mroot。

/*By DennyQi 2018*/
#include <cstdio>
#include <queue>
#include <cstring>
#include <algorithm>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int MAXN = ;
const int INF = 0x3f3f3f3f;
inline int Max(const int a, const int b){ return (a > b) ? a : b; }
inline int Min(const int a, const int b){ return (a < b) ? a : b; }
inline int read(){
int x = ; int w = ; register char c = getchar();
for(; c ^ '-' && (c < '' || c > ''); c = getchar());
if(c == '-') w = -, c = getchar();
for(; c >= '' && c <= ''; c = getchar()) x = (x<<) + (x<<) + c - ''; return x * w;
}
int N,M,opt,x,y;
int val[MAXN],ch[MAXN][],fa[MAXN],xr[MAXN],tag[MAXN];
struct LinkCutTree{
inline bool rson(int f, int x){
return ch[f][] == x;
}
inline bool isroot(int x){
return ch[fa[x]][rson(fa[x],x)]!=x;
}
inline void update(int x){
xr[x] = val[x];
if(ch[x][]) xr[x] ^= xr[ch[x][]];
if(ch[x][]) xr[x] ^= xr[ch[x][]];
}
inline void rotate(int x){
int f = fa[x], gf = fa[f];
bool p = rson(f,x), q = !p;
if(!isroot(f)) ch[gf][rson(gf,f)] = x; fa[x] = gf;
ch[f][p] = ch[x][q], fa[ch[x][q]] = f;
ch[x][q] = f, fa[f] = x;
update(f), update(x);
}
void prepare(int x){
if(!isroot(x)) prepare(fa[x]);
if(!tag[x]) return;
tag[x] = ;
swap(ch[x][], ch[x][]);
tag[ch[x][]] ^= , tag[ch[x][]] ^= ;
}
inline void splay(int x){
prepare(x);
while(!isroot(x)){
int f = fa[x], gf = fa[f];
if(isroot(f)){
rotate(x);
break;
}
if(rson(gf,f) ^ rson(f,x)) rotate(x); else rotate(f);
rotate(x);
}
}
inline void access(int x){
for(int y = ; x; y = x, x = fa[x]){
splay(x), ch[x][] = y, update(x);
}
}
inline void mroot(int x){
access(x);
splay(x);
tag[x] ^= ;
}
inline int findroot(int x){
access(x);
splay(x);
while(ch[x][]) x=ch[x][];
return x;
}
inline void split(int x, int y){
mroot(x), access(y), splay(y);
}
inline void link(int x, int y){
if(findroot(x) == findroot(y)) return;
mroot(x);
fa[x] = y;
}
inline void cut(int x, int y){
split(x, y);
if(ch[y][] != x || ch[x][] != ) return;
ch[y][] = fa[x] = ;
}
inline void change(int x, int y){
mroot(x);
val[x] = y;
update(x);
}
}qxz;
int main(){
// freopen(".in","r",stdin);
N = read(), M = read();
for(int i = ; i <= N; ++i) val[i] = read();
for(int i = ; i <= M; ++i){
opt = read(), x = read(), y = read();
if(opt==) qxz.split(x,y), printf("%d\n",xr[y]);
if(opt==) qxz.link(x,y);
if(opt==) qxz.cut(x,y);
if(opt==) qxz.change(x,y);
}
return ;
}
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