算法学习笔记(30):Kruskal 重构树

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小编点评

**Kruskal 重构树**是一种用于处理与最大/最小边权相关的树形数据结构。其主要特点是: * 它是一个二叉树,也是一个二叉堆两点 \\(\\mathrm{LCA}\\) 的权值即是这两点联通的 最小/最大 代价/时间。 * 它满足一些性质,例如对某些点的最高祖先满足 \\(S\\) 所在子树都满足此限制,并且此子树下所有叶节点在此限制下全部联通。 **重构树的构建过程如下:** 1. 按边权排序所有边。 2. 利用并查集维护连通性。 3. 遍历边,并对每个边更新其父节点。 4. 当合并两个节点时,新建一个节点,其权值为当前处理的边的权值,并将合并的两个节点都连向新建的节点。 **重构树的性质:** * 它是一个二叉树。 * 它也是一个二叉堆两点 \\(\\mathrm{LCA}\\) 的权值即是这两点联通的 最小/最大 代价/时间。 **求某个点最高的祖先 S 的方法:** 1. 遍历重构树,找到所有与该点相关的节点。 2. 找出这些节点的根节点。 3. 该根节点就是该点最高的祖先。 **求点 (L, R) 之间的联通时间:** 1. 在重构树上找出点 L 和点 R 的根节点。 2. 这些根节点所在的子树是重构树上联通的。 3. 找出子树的根节点。 4. 该根节点就是点 (L, R) 之间的最高祖先。

正文

Kruskal 重构树

这是一种用于处理与最大/最小边权相关的一个数据结构。

其与 kruskal 做最小生成树的过程是类似的,我们考虑其过程:

按边权排序,利用并查集维护连通性,进行合并。

如果我们在合并时,新建一个节点,其权值为当前处理的边的权值,并将合并的两个节点都连向新建的节点,那么就可以得到一颗重构树。

例如下列数据生成的重构树:

4
1 4 2
2 3 4
1 3 1
3 4 3

黑色代表节点编号,红色代表其权值。

其满足一些性质:

  • 这是一个二叉树,也是一个二叉堆

  • 两点 \(\mathrm{LCA}\) 的权值即是这两点联通的 最小/最大 代价/时间。

  • 对于一个限制,找到某个点最高的祖先 \(S\) 满足这个限制,那么 \(S\) 所在子树都满足此限制,并且此子树下所有叶节点在此限制下全部联通。

由于这些性质,kruskal 重构树常常与树剖/树上倍增放一起,做到每次 \(O(\log n)\) 的神秘操作。


Qpwoeirut and Vertices - 洛谷 为例:

给出 \(n\) 个点,\(m\) 条边的不带权无向连通图,\(q\) 次询问至少要加完前多少条边 \([L, R]\) 中的所有节点联通。

这是非常板的题,边权也就是其编号。

\(f(x)\) 表示 \(x\)\(x + 1\) 联通的时间,那么所求也就是 \(\max_{x = L}^{R - 1} f(x)\),这只需要求出 \(f(x)\) 随便维护一下即可。

那么求 \(x, x + 1\) 的联通时间,找到他们在重构树上的 \(\mathrm{LCA}\),返回其编号即可。


[NOI2018] 归程 - 洛谷

或许其考点就是知不知道重构树,如果会了重构树,那么就简单了。

按照边权从大到小建出重构树,那么在当前水位下可联通的部分(整棵子树)也就很好求。

求这部分到固定的终点的最短路径?跑一次 DJK,然后把重构树看作一颗线段树,节点保存的也就是子树内最小的距离,在查询的时候利用倍增跳一跳就行了。

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