边分治
我们可以将一条边选为树分治的分治中心,这样形成的边分树就是一棵二叉树了。二叉树只有两个儿子,贡献关系极大的简化了,因此可以处理很多复杂的问题。
三度化
边分治可以直接被菊花图卡成 \(O(n^2)\)。注意到二叉树一定不会出现这种情况,因此我们需要先把原树 \(T_1\) 转化为等价的另一棵树 \(T_2\),满足节点之间两两的距离不变。
具体的,对于包含 \(>2\) 个儿子的节点,我们将它的第一个儿子接到它的左儿子位置上,然后新建一个虚点接到它的右儿子位置上,再把剩下的所有儿子都交给这个虚点处理。注意到这样处理之后节点数量仍然是 \(O(n)\) 的。时间复杂度也是 \(O(n)\)。
求重心边
在边分治中,重心边的定义为:左右两棵子树较大者最小的边。这也容易使用两遍 dfs 求出。
P3806 【模板】点分治 1
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P4220 [WC2018] 通道
给定包含 \(n\) 个节点的 \(3\) 棵树 \(T_1,T_2,T_3\),边有边权,请你求出 \(\max_{(x,y)}\bigl\{dis_1(x,y)+dis_2(x,y)+dis_3(x,y)\big\}\)
\(n\le 10^5,\ w\le 10^{12}\)
我们似乎无法将 \(3\) 棵树简单的合并,因为两个节点的 \(dis\) 还有它们 \(\operatorname{lca}\) 的贡献参与。
我们可以枚举 \((x,y)\) 在一棵树 \(T_2\) 上的 \(\operatorname{lca}\),记为节点 \(t\),这样这棵树的 \(dis\) 就只和 \(x,y\) 单独有关了。然后,根据直径的点集合并性,我们可以求出 \(t\) 的每棵子树对应的点集在另一棵树 \(T_3\) 上的直径,然后再在 \(t\) 处进行合并即可。
考虑如何处理剩下的一棵树 \(T_1\)。两棵树的直径显然不能直接叠加,因此仍然考虑枚举 \(\operatorname{lca}\)。我们显然不能 \(O(n^2)\) 的枚举 \(T_1,T_2\) 两棵树的 \(\operatorname{lca}\)。注意到我们枚举 \(T_1\) 上的 \(lca\) 节点 \(p\) 之后,\(x,y\) 只能在 \(p\) 的子树内,这也进一步减小了 \(x,y\) 在其他两棵树上的范围。
考虑此时 \(x,y\) 在 \(T_2\) 上的 \(\operatorname{lca}\) 节点 \(t\) 有什么性质。注意到它一定是在 \(T_1\) 上 \(p\) 子树形成的点集 \(S\) 中,任取两个点,在 \(T_2\) 上可能的 \(\operatorname{lca}\),而根据虚树的理论,这样的节点数量是 \(O(|S|)\) 级别的。这也启发我们使用虚树。
由于虚树的复杂度和点集 \(S\) 的大小直接挂钩,因此我们要想办法减少 \(\sum_{p}|S|\)。这启发我们使用树分治,因为它的 \(\sum_{p}|S|\) 有保证。
考虑点分治,然而这要求 \(x,y\) 必须分布在 \(p\) 的不同子树内。这等价于给每个点又赋予了一个颜色,因此后两棵树的时间复杂度会乘以 \(son[p]^2\)。
为了减少 \(son[p]\),考虑边分治,这样每个点的颜色只能是黑白两种中的一种。对于后两棵树,我们只需记录黑点内部的直径、白点内部的直径,然后进行合并即可得到跨越黑白点的直径。
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P4565 [CTSC2018] 暴力写挂
给定两棵有根树 \(T1,T2\),根节点是一号节点。枚举两个节点 \(x,y\)(可以相等),求
的最大值,其中 \(dep\) 和 \(\operatorname{LCA}\) 是在第一棵树上求,\(dep'\) 和 \(\operatorname{LCA}'\) 是在第二棵树上求。
\(n\le 366666\)
由于边分治不能处理 \(\operatorname{LCA}\)(只能 dsu on tree 或者用别的 dfs 方法),但可以处理只和点有关的值(例如 \(dep(x)\)),考虑化掉一个 \(\operatorname{LCA}\)。将原式乘以 \(2\),再分离出 \(dis(x,y)\):
在第一棵树上边分治,即可解决前三项;然后把对应连通块在 T2 中的虚树建出来,跑一遍 dp 顺便枚举 LCA 更新答案即可。
由于双 \(\log\) 过不了(我也没写),这里讲一下怎么线性建虚树。先在主函数中把所有点排好序扔进数组里,然后在边分治的时候将数组中两个连通块的点分离到数组两侧,再递归传入区间即可。
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