樹上差分詳解

2022-05-27 15:15:13 字數 1694 閱讀 6475

樹上差分,顧名思義,就是在樹上進行差分,以起到優化複雜度的目的。主要作用是對樹上的路徑進行修改和查詢操作,在修改多、查詢少的情況下複雜度比較優秀。實際上,樹上差分能夠實現的操作,用線段樹、樹剖、$lct$等等也可以實現,但它的優勢在於實現簡單,可以避免在考場上出現寫題五分鐘、除錯兩小時的情況 當然大佬可以忽略這點

在講解樹上差分之前,先講一下差分的思想。

差分,可以當做字首和的逆運算。既然是逆運算,運算方法自然就是相反的了。定義差分陣列$diff$,則運算法則為:(設原數列為$a$)

$$diff_i=a_i-a_$$

作個比較:

原數列947

59字首和9

1320

2534

差分陣列9-5

3-24字首和的差分陣列94

759差分陣列的字首和94

759顯然,原數列的字首和的差分陣列還是原數列,原數列的差分陣列的字首和也是原數列,這就是差分被稱為字首和的逆運算的原因,也是差分可以用來優化操作的原因。實際上,差分優化和字首和優化原理類似,只是實現相反。字首和優化常常對字首和陣列作差,差分優化也常常對差分陣列求字首和。

這樣,差分的概念就很清晰了。接下來開始進入正題。

樹上差分有什麼作用?舉個例子,如果題目要求對樹上的一段路徑進行操作,並詢問某個點或某條邊被經過的次數,樹上差分就可以派上用場了。這就是樹上差分的基本操作。

樹上差分,就是利用差分的性質,對路徑上的重要節點進行修改(而不是暴力全改),作為其差分陣列的值,最後在求值時,利用$dfs$遍歷求出差分陣列的字首和,就可以達到降低複雜度的目的。

樹上差分時需要求$lca$,不會的可以點選食用。對點

和邊的樹上差分原理相同,實現略有不同,這裡分開來講。

點差分設將兩點$u,v$之間路徑上的所有點權增加$x$,$o=lca(u,v)$,$o$的父親節點為$p$,則操作如下:

diff[u]+=x,diff[v]+=x,diff[o]-=x,diff[p]-=x;
怎麼樣,是不是很簡單!原理也很簡單,舉個例子:

設原樹如下,現要將$2,3$之間路徑上的所有點的權值增加$3$,設原權值均為$0$。

則操作後有:

這樣,只要$dfs$一遍,遍歷時統計以每個節點為根的樹的節點的權值和,就是當前節點的最終權值!  是不是很厲害

就是差分的思想,這裡就不多說了。

邊差分思想一樣,講一下操作。

設將兩點$u,v$之間路徑上的所有邊權增加$x$,$o=lca(u,v)$,以每條邊兩端深度較大的節點儲存該邊的差分陣列,則操作如下:

diff[u]+=x,diff[v]+=x,diff[o]-=2*x;
再舉個例子,還是上面那個圖 絕對不是我懶

則操作後有:

同樣地,只要$dfs$一遍,遍歷時統計以每個節點為根的樹的節點的權值和,就是當前節點到父親節點的邊的最終權值了!

是不是很厲害

至於為什麼點差分和邊差分的操作不一樣,很簡單,請讀者自己思考。

樹上差分主要還是學習思想吧!

習題:差分

綜合應用題:p1083

樹上差分

簡單模板題:p3128

綜合應用題:p2680

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