一类树上问题的总结

有时,我们会遇到这样的问题:
在一个树上选定一些点,每个点能覆盖一定范围的点……之类
比如:

通常,我们有两种做法:

方法一

我们对于每个点,考虑距离它最近的被选点

需要先证明一个显然的结论:对于每个i,以i为最近点的j是一个连通块。

换句话说,如果距离a的最近被选点为i,距离b的最近被选点也是i,那么a到b的路径上的点的最近被选点都是i。
考虑一条链:设Ax是链上第x个点,那么点y到Ax的距离fy(x)随x的增加,先下降,再上升。(这个显然)。
那么假设a到b路径上的c,最近点不是i而是j。
那么,\(dis(a,i)<dis(a,j),dis(c,i)>dis(c,j),dis(b,i)<dis(b,j)\)
就是说\(fi\)\(fj\)有两个交点。但这是不可能的。
所以,如果距离a的最近被选点为i,距离b的最近被选点也是i,那么a到b的路径上的点的最近被选点都是i一定成立。

这样,这样,我们设\(dp(i,j)\)表示i的最近点是j的状态。
(如果需要,再维护\(f(i)\)表示\(dp(i,j)\)的最小值。)
那么,对于i的每个儿子v,枚举它的最近点a,则转移到\(dp(v,a)\)
注意,如果\(j=a\),那么对于v来说,a已经选择过了,则转移时把选j的影响去掉。

由于形成连通块,正确性可以保证。

优点

适用范围较广,非常好写。

缺点

复杂度至少为\(O(n^2)\)

方法二

维护子树信息

对于每个子树,有2种信息:

  1. 当前子树中,最远的没被覆盖的点。(可能没有)
  2. 当前子树中,最近的被选点还能向上覆盖多少。(可能没有)

理论上,共有4种情况,
但实际上,如果既有没被覆盖的点,又有能向上覆盖的被选点,由于没被覆盖的点需要上面的一个点覆盖,那么对于这个点来说,下面的向上覆盖的被选点已经失去意义了。

所以,只有3种情况,可以用2个dp数组,外加一维记录。

转移时依次合并,共有4种情况。
由于需要枚举两个值,因此,若覆盖范围为D,则复杂度为\(O(nD^2)\)
因为是对两个值取max等操作,所以通过前缀最值可以优化至\(O(nD)\)

优点

复杂度较低,便于优化。

缺点

只适用于覆盖问题,若需要在转移时知道每个点最近的被选点等信息,则只能用方法一。
同时,情况较多,代码较难写。

例题:

- CF70E Information Reform

题解
由于要知道确切距离,只能用方法一。

- P3267 [JLOI2016/SHOI2016]侦察守卫

由于复杂度的要求,直接套用方法二即可。

代码

(未加优化)

#include <stdio.h>
int dp1[500010][21],dp2[500010][21],D;
int fr[500010],ne[1000010],v[1000010],bs=0;
int sz[500010],g1[21],g2[21],inf=999999999;
bool bk[500010];
void addb(int a,int b)
{
    v[bs]=b;
    ne[bs]=fr[a];
    fr[a]=bs;
    bs+=1;
}
void dfs(int u,int f)
{
    for(int i=fr[u];i!=-1;i=ne[i])
    {
        if(v[i]!=f)
            dfs(v[i],u);
    }
    for(int a=0;a<=D;a++)
        dp1[u][a]=dp2[u][a]=inf;
    dp1[u][0]=0;
    bool dy=true;
    for(int i=fr[u];i!=-1;i=ne[i])
    {
        if(v[i]==f)continue;
        if(dy)
        {
            for(int a=0;a<=D;a++)
            {
                dp1[u][a]=dp1[v[i]][a];
                dp2[u][a]=dp2[v[i]][a];
            }
            dy=false;
            continue;
        }
        for(int a=0;a<=D;a++)
            g1[a]=g2[a]=inf;
        for(int a=0;a<=D;a++)
        {
            for(int b=0;b<=D;b++)
            {
                int t=a,o=dp1[u][a]+dp1[v[i]][b];if(b>t)t=b;
                if(o<g1[t])
                    g1[t]=o;
            }
        }
        for(int a=0;a<=D;a++)
        {
            for(int b=0;b<=D;b++)
            {
                int o=dp1[u][a]+dp2[v[i]][b];
                if(a-2>=b)
                {
                    if(o<g1[a])
                        g1[a]=o;
                }
                else
                {
                    if(o<g2[b])
                        g2[b]=o;
                }
            }
        }
        for(int a=0;a<=D;a++)
        {
            for(int b=0;b<=D;b++)
            {
                int o=dp2[u][a]+dp1[v[i]][b];
                if(b-2>=a)
                {
                    if(o<g1[b])
                        g1[b]=o;
                }
                else
                {
                    if(o<g2[a])
                        g2[a]=o;
                }
            }
        }
        for(int a=0;a<=D;a++)
        {
            for(int b=0;b<=D;b++)
            {
                int t=a,o=dp2[u][a]+dp2[v[i]][b];if(b>t)t=b;
                if(o<g2[t])
                    g2[t]=o;
            }
        }
        for(int i=0;i<=D;i++)
        {
            dp1[u][i]=g1[i];
            dp2[u][i]=g2[i];
        }
    }
    for(int i=1;i<=D;i++)
        g1[i-1]=dp1[u][i];
    for(int i=D-1;i>=0;i--)
        g2[i+1]=dp2[u][i];
    g1[D]=g2[0]=inf;
    if(dp1[u][0]+sz[u]<g1[D])g1[D]=dp1[u][0]+sz[u];
    for(int i=0;i<=D;i++)
    {
        if(dp1[u][i]+sz[u]<g1[D])
            g1[D]=dp1[u][i]+sz[u];
    }
    for(int i=0;i<D;i++)
    {
        if(dp2[u][i]+sz[u]<g1[D])
            g1[D]=dp2[u][i]+sz[u];
    }
    if(bk[u])
    {
        if(dp1[u][0]<g2[0])
            g2[0]=dp1[u][0];
    }
    else
    {
        if(dp1[u][0]<g1[0])
            g1[0]=dp1[u][0];
    }
    for(int i=0;i<=D;i++)
    {
        dp1[u][i]=g1[i];
        dp2[u][i]=g2[i];
    }
}
int main()
{
    int n,m;
    scanf("%d%d",&n,&D);
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        fr[i]=-1;
        scanf("%d",&sz[i]);
    }
    scanf("%d",&m);
    for(int i=0;i<m;i++)
    {
        int a;
        scanf("%d",&a);
        bk[a]=true;
    }
    for(int i=0;i<n-1;i++)
    {
        int a,b;
        scanf("%d%d",&a,&b);
        addb(a,b);
        addb(b,a);
    }
    dfs(1,0);
    int jg=inf;
    for(int i=0;i<=D;i++)
    {
        if(dp1[1][i]<jg)
            jg=dp1[1][i];
    }
    printf("%d",jg);
    return 0;
}

模拟赛的题

【题目背景】
Po 姐姐很爱他的妹子,可是 Po 姐姐并没有妹子。于是 Po 姐姐决定去找妹子。
【题目描述】
A 国有 n 个城镇,由 n-1 条道路连接,构成了一个树形结构。每条道路的长度都是一样
的。
Po 姐姐最近得到了一个信息:在 A 国的某些城镇,可能出现质量上乘的妹子。
为了捕获这些妹子, Po 姐姐制作了 m 个传送器,准备将这些传送器安置在一些城镇中。
一旦某个城镇出现了妹子,Po 姐姐可以立刻传送到某个传送器所在的城镇,然后沿道路移
动到妹子所在的城镇。Po 姐姐并不愿意走太多的路,因此他会选择离妹子最近的一个传送
器传送,然后走最短路到达妹子所在的城镇。
Po 姐姐想要通过合理安排传送器的位置,使得所有妹子可能出现的城镇离最近传送器
的距离的最大值最小。
由于 Po 姐姐懒癌发作,请你帮他写一个程序来解决这个问题。Po 姐姐懒得写 SPJ,你
只需要输出最大距离的最小值就行了。
【数据输入】
第一行是两个正整数 n,m,表示 A 国城镇的数量和传送器的数量
接下来 n 个整数,每个整数都是 1 或 0,如果第 i 个整数是 1 代表第 i 个城镇可能出现
质量上乘的妹子
接下来 n-1 行,每行两个正整数 x,y,表示 x 与 y 之间有一条双向通行的道路
【数据输出】
输出一行一个正整数,代表所有妹子可能出现的城镇离最近传送器的最大距离的最小值

此题无需dp,用方法二,贪心选择。
题解

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