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[数据结构与算法]【ACWing】252. 树

题目地址:

https://www.acwing.com/problem/content/254/

给定一个有 N N N个点(编号 0 , 1 , … , N ? 1 0,1,…,N?1 0,1,,N?1)的树,每条边都有一个权值(不超过 1000 1000 1000)。树上两个节点 x x x y y y之间的路径长度就是路径上各条边的权值之和。求长度不超过 K K K的路径有多少条。

输入格式:
输入包含多组测试用例。
每组测试用例的第一行包含两个整数 N N N K K K
接下来 N ? 1 N?1 N?1行,每行包含三个整数 u , v , l u,v,l u,v,l,表示节点 u u u v v v之间存在一条边,且边的权值为 l l l
当输入用例 N = 0 , K = 0 N=0,K=0 N=0K=0时,表示输入终止,且该用例无需处理。

输出格式:
每个测试用例输出一个结果。每个结果占一行。

数据范围:
1 ≤ N ≤ 1 0 4 1≤N≤10^4 1N104
1 ≤ K ≤ 5 × 1 0 6 1≤K≤5×10^6 1K5×106
0 ≤ l ≤ 1 0 3 0≤l≤10^3 0l103

思路是分治。假设一开始我们随便选择一个顶点 u u u为树根,那么所有的路径可以分为三类:
1、完全在 u u u的某一棵子树里,这个可以递归求解;
2、路径的两个端点一个在子树里,另一个是树根,这个可以通过DFS求解每个点到树根的路径来解决;
3、路径的两个端点在不同子树里,这个可以先DFS求解每个点到树根的距离,然后在这个距离数组里求解和小于等于 K K K的数对有多少个。但是这个会将两个顶点在同一棵子树里的非法情况包括进去,我们可以对每个子树再求一次和小于等于 K K K的数对,然后将这个情况扣除即可。在一个数组里求和小于等于 K K K的数对个数,可以先排序,然后用双指针。

分治的每一层的时间大概是 O ( n log ? n ) O(n\log n) O(nlogn),如果递归层数过多,算法会退化到 O ( n 2 log ? n ) O(n^2\log n) O(n2logn),所以我们为了递归层数尽量少,需要使得每次选树根的时候,子树大小尽量均衡,于是我们想到可以每次选重心作为树根(当然我们只需要该点的最大子树节点个数小于等于总点数一半即可,这样每次递归下去一层,最大子树节点个数就减半,从而达到递归 O ( log ? n ) O(\log n) O(logn)层的效果,不一定非要选择重心。不妨就将满足条件的点统称为“重心”)。求解树根,可以先DFS求树的节点个数,然后再DFS暴力枚举解决。

代码如下:

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <algorithm>

using namespace std;

const int N = 1e4 + 10, M = N << 1;
int n, m;
int h[N], e[M], w[M], ne[M], idx;
int sz[N];
bool vis[N];
int p[N];

void add(int a, int b, int c) {
  e[idx] = b, ne[idx] = h[a], w[idx] = c, h[a] = idx++;
}

// 求解u子树的节点个数
int get_sz(int u, int from) {
  if (vis[u]) return 0;
  sz[u] = 1;
  for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) {
    int v = e[i];
    if (v != from) sz[u] += get_sz(v, u);
  }
  return sz[u];
}

// 求解u子树的重心,返回重心是否找到,将重心存入wc中
bool get_wc(int u, int from, int tot, int &wc) {
  int ms = 0;
  for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) {
    int v = e[i];
    if (v == from || vis[v]) continue;
    if (get_wc(v, u, tot, wc)) return true;
    ms = max(ms, sz[v]);
  }
  ms = max(ms, tot - sz[u]);
  if (ms <= tot / 2) {
    wc = u;
    return true;
  }
  return false;
}

// 将u子树中所有点与重心的距离存入p数组中,同时返回u子树节点个数
int get_dist(int u, int from, int dist, int &pt) {
  if (vis[u]) return 0;
  int cnt = 1;
  p[pt++] = dist;
  for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) {
    int v = e[i];
    if (v != from) cnt += get_dist(v, u, dist + w[i], pt);
  }
  return cnt;
}

// 求解p[l : r]中和小于等于m的数对个数
int calc(int l, int r) {
  sort(p + l, p + r + 1);
  int res = 0;
  for (int i = l, j = r; i < j;)
    if (p[i] + p[j] <= m) res += j - i, i++;
    else j--;

  return res;
}

int dfs(int u) {
  // 计算过的点略过
  if (vis[u]) return 0;
  // 求一下重心
  get_wc(u, -1, get_sz(u, -1), u);
  vis[u] = true;

  int res = 0, pt = 0;
  for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) {
    int v = e[i];
    int cnt = get_dist(v, -1, w[i], pt);
    if (!cnt) continue;
    // 先删掉不合法解
    res -= calc(pt - cnt, pt - 1);
    // 加上从重心出发的解
    int l = pt - cnt, r = pt - 1;
    while (l < r) {
      int mid = l + (r - l + 1 >> 1);
      if (p[mid] <= m) l = mid;
      else r = mid - 1;
    }
    if (p[l] <= m) res += l - (pt - cnt) + 1;
  }
  // 加上两个端点在子树里的解
  res += calc(0, pt - 1);
  
  // 递归求解子树
  for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) res += dfs(e[i]);
  return res;
}

int main() {
  while (scanf("%d%d", &n, &m), n || m) {
    memset(h, -1, sizeof h);
    memset(vis, 0, sizeof vis);
    idx = 0;
    for (int i = 1; i <= n - 1; i++) {
      int a, b, c;
      scanf("%d%d%d", &a, &b, &c);
      a++, b++;
      add(a, b, c), add(b, a, c);
    }

    printf("%d\n", dfs(1));
  }
}

每组数据时间复杂度 O ( n log ? 2 n ) O(n\log^2n) O(nlog2n),空间 O ( n ) O(n) O(n)

每次选择重心的话,一共递归 O ( log ? n ) O(\log n) O(logn)层,每层时间 O ( n log ? ( n / 2 k ) ) O(n\log (n/2^k)) O(nlog(n/2k)) k k k是层编号,总共 O ( n log ? 2 n ) O(n\log^2n) O(nlog2n)

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加:2022-07-04 23:13:18  更:2022-07-04 23:16:04 
 
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