【lhyaaa】最近公共祖先LCA——倍增!!!

高级的算法——倍增!!!

根据LCA的定义,我们可以知道假如有两个节点x和y,则LCA(x,y)是 x 到根的路 径与 y 到根的路径的交汇点,同时也是 x 和 y 之间所有路径中深度最小的节 点,所以,我们可以用遍历路径的方法求 LCA。

但想想都知道啦,这种遍历的方法肯定too slow,最坏情况时可达到O(n),数据大点儿,就光荣TLE了。

所以我们高级的化身——倍增算法就出现了!

谈谈倍增——

倍增简单来讲就是两个点跳到同一高度后,再一起往上跳,直到跳到一个共同的点,就能找到它们的最近公共祖先啦

具体来说,分为以下几个步骤——

首先,我们得找几个帮手——

数组 解释
f[][] 预处理倍增f[v][i]          
d[][] 记录节点深度
vis[][] 判重,以防搜到节点的爸爸
head[][] 存图时用der~(不懂
dis[][]

一个节点到根的最短距离

(有权值记得加权值)

Step1:  预处理每个结点的深度和该节点的父亲节点

我们用 d 数组来表示每个结点的深度,设节点 1 为根,d[1]=0,初始化 f[v][0]=u, 表示 v 的 20 的祖先节点为 u。

tips:如果树是无根树时需要把它变成有根数(随便找个点就OK)

Step2:  预处理倍增f[v][i],2的祖先也是该点 2j-1 祖先的祖先 

核心: f[u][j] = f [f [u][j-1]][j-1] 

不懂的盆友,我们来举个例子——

【lhyaaa】最近公共祖先LCA——倍增!!!

我们有这样的一张图,我们对它进行预处理就会变成这样——

【lhyaaa】最近公共祖先LCA——倍增!!!

*图源

还不懂的,就手动模拟一波~

Step3:  查询时,深度大的先往上跳,直至与深度小的点再同一层。若此时两节点相同直接返回此节点(在同一条链上),如果不同,就利用倍增的思想,同时让 x 和 y 向上找,直到找到深度相等且最小的 x 和 y 的祖先 x′,y′,满足 x′≠y′。此时他们的父结点即为 x 和 y 的最近公共祖先 LCA。 

倍增解法是 LCA 问题的在线解法,整体时间复杂度是 O(VlogV+QlogV),其 中 Q 是总查询次数。

看起来是不是还不错?那我们来看道题吧~

谈谈题目——

Description

给定一棵n个点的树,Q个询问,每次询问点x到点y两点之间的距离。

Input

第一行一个正整数n,表示这棵树有n个节点;接下来n-1行,每行两个整数x,y表示x,y之间有一条连边;然后一个整数Q,表示有Q个询问;接下来Q行每行两个整数x,y表示询问x到y的距离。

对于全部数据,1≤n≤105,1≤x,y≤n。

Output

输出Q行,每行表示每次询问的答案。

Example

stdin 

6

1 2

1 3

2 4

2 5

3 6

2

2 6

5 6

stdout 

3

4

*原题

Thinking 

说实话这题没什么好讲的叭,就是求LCA就OK啦,板子题耶!

上代码——

 #include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int t,q,tot;
int dis[];
int vis[];
struct node{
int nxt,to;
}e[];
int head[];
int f[][];
int d[]; void add(int u, int v){
e[++tot].to = v;
e[tot].nxt=head[u];
head[u] = tot;
} void dfs(int u, int fa, int dep){ //预处理深度,倍增数组
vis[u] = ;
f[u][] = fa; //初始化记录父节点
d[u] = dep;
for(int j = ; j <= ; j++) f[u][j] = f[f[u][j-]][j-];
for(int i = head[u]; i; i = e[i].nxt){
int v = e[i].to;
if(vis[v]) continue;
dfs(v,u,dep+);
}
} int lca(int x, int y){ //倍增求 LCA
if(d[x] > d[y]) swap(x,y);
for(int i = ; i >= ; i--){
if(d[f[y][i]] >= d[x]) y = f[y][i]; //深度较深节点先往上跳至同一深度
if(x == y) return x;
}
for(int i = ; i >= ; i--){
if(f[x][i] != f[y][i]) x = f[x][i], y= f[y][i];
}
return f[x][];
} int main(){
scanf("%d",&t);
tot = ;
for(int i = ; i < t; i++){
int u,v;
scanf("%d%d",&u,&v);
add(u,v),add(v,u);
}
dfs(,,);
cin >> q;
for(int i = ; i <= q; i++){
int x,y;
scanf("%d%d",&x,&y);
printf("%d\n",d[x]+d[y]-*d[lca(x,y)]); //两个节点到跟的距离减去重复计算的它们公共祖先到跟的距离
}
}

解释一下这个东西 d[x] + d[y] - 2 * d[lca(x,y)];

画张图——

【lhyaaa】最近公共祖先LCA——倍增!!!

d[x] 和 d[y] 就是红色那两条东西

d[lca(x,y)] 就是蓝色那条

d[x] + d[y] - 2*d[lca(x,y)] 就是绿色那条啦~

当然这是没有权值得时候,我们默认深度差不多等于距离,但有了权值就不一样了。

我们再来看一道板子题——

Description

给出n个点的一棵树,多次询问两点之间的最短距离。

注意:边是双向的。

Input

第一行为两个整数n和m。n表示点数,m表示询问次数; 下来n-1行,每行三个整数x,y,k,表示点x和点y之间存在一条边长度为k;在接下来m行,每行两个整数x,y,表示询问点x到点y的最短距离。

对于全部数据,2≤n≤104,1≤m≤2×104,0<k≤100,1≤x,y≤n。

Output 

输出m行。对于每次询问,输出一行。

Example

stdin1

2 2 1 2 100 1 2 2 1

stdout1

100 100

stdin2

3 2 1 2 10 3 1 15 1 2 3 2

stdout2 

10 25

*原题

 #include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int n,m,q,tot;
int dis[];
int vis[];
struct node{
int nxt,to;
int w;
}e[];
int head[];
int f[][];
int d[]; void add(int u, int v, int w){
e[++tot].to = v;
e[tot].w = w;
e[tot].nxt=head[u];
head[u] = tot;
} void dfs(int u, int fa, int dep){
vis[u] = ;
f[u][] = fa;
d[u] = dep;
for(int j = ; j <= ; j++) f[u][j] = f[f[u][j-]][j-];
for(int i = head[u]; i; i = e[i].nxt){
int v = e[i].to;
if(vis[v]) continue;
dis[v] = dis[u] + e[i].w;
dfs(v,u,dep+);
}
} int lca(int x, int y){
if(d[x] > d[y]) swap(x,y);
for(int i = ; i >= ; i--){
if(d[f[y][i]] >= d[x]) y = f[y][i];
if(x == y) return x;
}
for(int i = ; i >= ; i--){
if(f[x][i] != f[y][i]) x = f[x][i], y= f[y][i];
}
return f[x][];
}
int main(){
scanf("%d%d",&n,&m);
for(int i = ; i < n; i++){
int u,v,w;
scanf("%d%d%d",&u,&v,&w);
add(u,v,w);
add(v,u,w);
}
dfs(,,);
for(int i = ; i <= m; i++){
int x,y;
scanf("%d%d",&x,&y);
printf("%d\n",dis[x]+dis[y]-*dis[lca(x,y)]);
}
}

注意到没有?

这一道题是有权值的,所以最后输出的时候输出的是 dis[x] + dis[y] - 2 * dis[lca(x,y)]

总结一下

其实LCA还有别的不同的求法,下次在和你们讲吧(其实是我还没学会)

这次就先到这儿吧~

拜拜~

(如果文章有不对的地方,请指出,谢谢啦^=^)

 
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