Solution -「NOI 2020」「洛谷 P6776」超现实树

(mathcal{Description})

  Link.

  对于非空二叉树 (T),定义 (operatorname{grow}(T)) 为所有能通过若干次“替换 (T) 的某个叶子为任意非空二叉树”的操作得到的二叉树集合;对于非空二叉树集合 (mathscr T),定义 (operatorname{grow}(mathscr T)=igcup_{Tin{mathscr T}}operatorname{grow}(T))。多次询问,每次给定一个 (mathscr T),询问是否仅有有限个二叉树不在 (operatorname{grow}(mathscr T)) 中。二叉树判等时区分左右儿子,点无编号。

  设单棵树的结点数为 (n),则 (sum nle2 imes10^6)

  这 tm 才叫简要题意。

(mathcal{Solution})

  谨以本题解表达去年做题的兔子对题面的赞美

  (mathbf{X1}):我们先来研究一个几乎完备(operatorname{grow}(mathscr T)) 吧,在这样的 (mathscr T) 中,会不会有些树不可起到使 (operatorname{grow}(mathscr T)) 完备的作用呢?

  (mathbf{X2}):嗯,每片叶子都可以生长出任何二叉树,那么,起到决定性作用的是否叶子们的深度

  (mathbf{X1}):那就先控制深度信息!我发现书上也有在这个思路下衍生的定义。

  定义:二叉树集合 (mathscr B_n) 为高度为 (n) 的全体二叉树集的,定义为:

[mathscr B_n={T~|~h(T)=nland(~ otexist T',~h(T')=nland Tinoperatorname{grow}(T'))} ]

  (mathbf{X2}):简而言之,这个 (mathscr B_n) 包含了所有高度为 (n) 且不能被其他高度为 (n) 的树“生长”出来。很显然,(operatorname{grow}(mathscr B_n)) 包含了所有高度为 (n) 的二叉树

  (mathbf{X1}):继续深入的话……说不定 (mathscr B_n) 里的 (T) 也有特殊性质呢。

  (mathbf{X2}):(手玩片刻)呀!这样的 (T) 看上去都很“瘦小”,具体地,如果结点 (u) 同时拥有左右儿子,那么必然有至少一个儿子是叶子。嗯!这是能够证明的结论。

  证明:记 (p(T)) 为真时,(T) 满足上述性质,否则则不满足。设 (h(T)=n),我们希望证明

[p(T)Leftrightarrow Tinmathscr B_n ]

  对于 (p(T)Rightarrow Tinmathscr B_n),取出 (T) 中一定存在的自根而下长为 (n) 的树链 (L),这样的链是单独的一条或者在末尾分叉的两条。我们可以断言,若有 (h(T')=n,Tinoperatorname{grow}(T')),则 (T') 必然满足 (Lsube T')。而对于其余叶子,由于它们的父亲都在 (T') 的点集中且不是叶子,所以它们也必然在 (T') 的点集中。最终,发现 (T=T'),故命题成立。

  另一边,(p(T)Leftarrow Tinmathscr B_n),仍使用反证法。对于不满足条件的 (T),取出一个左右儿子存在且均不是叶子的结点 (u),它必然有一个儿子 (v) 满足删去 (v) 子树后 (h(T)=n)。则可将 (v) 子树“逆向生长”为单点 (v),此时得到的 (T') 满足 (h(T)=n)(Tinoperatorname{grow}(T')),所以 (T otinmathscr B_n),假设矛盾,原命题成立。

  综上,命题得证。

  (mathbf{X1}):离成功更近一步!把这个强大的结论用于题目本身,是不是说,如果 (Tinmathscr T) 不满足上述条件,就能从 (mathscr T) 中剔除 (T) 而不改变 (operatorname{grow}(mathscr T)) 的完备性?……没错!如果 (T) 是这样一棵树,且不存在 (T'inmathscr Tsetminus{T}) 使得 (Tinoperatorname{grow}(T')),如果存在某棵树只能(T) 生长出来,我们一定能找到这棵树中一个左右儿子均存在且不是叶子的结点 (u),将它的一个儿子替换为单点。那么,这棵树的 (operatorname{grow}) 集合与 (operatorname{grow}(mathscr T)) 交集为空!

  (mathbf{X2}):接下来就只需要直面问题,尝试判断 (operatorname{grow}(mathscr T)) 是否几乎完备。我们从一棵“希望与 (operatorname{grow}(mathscr T)) 匹配的树”的视角出发,设当前结点为 (u),如果 (u) 子树能够匹配上:

  1. 需要 (Tinmathscr T)(T) 在此位置上的结点是叶子,这强于以下所有条件。
  2. (u) 只有左儿子,需要一个只有左儿子的 (T)
  3. (u) 只有右儿子,需要一个只有右儿子的 (T)
  4. (u) 左儿子是叶子,需要同样情况的 (T)
  5. (u) 右儿子是叶子,需要同样情况的 (T)
  6. (u) 左右儿子都是叶子,3. 4. 任意。

我们定义 (operatorname{syno}(mathscr T)) 是一棵四叉树,它是对 (mathscr T)等价概括。我们可以每个 (T) 合并入其中,依照 1. 2. 3. 4. 四种情况划分儿子编号。最后,定义 (f(operatorname{syno}(mathscr T),u)) 该四叉树中 (u) 子树的完备性,有

[f(operatorname{syno}(mathscr T),u)=egin{cases} ext{False}&u ext{ is not in }operatorname{syno}(mathscr T)\ ext{True}&u ext{ meets condition 0.}\ igwedge_{i=0}^3f(operatorname{syno}(mathscr T),operatorname{son}(u,i))& ext{otherwise} end{cases} ]

最终,(f(operatorname{syno}(mathscr T),operatorname{root})) 即为答案。复杂度 (mathcal O(sum|T|))

  (mathbf{X1}):不过我发现一个问题欸,为什么题目描述比题解还长呢

(mathcal{Code})

/* Clearink */

#include <cstdio>
#include <cassert>

#define rep( i, l, r ) for ( int i = l, rep##i = r; i <= rep##i; ++i )
#define per( i, r, l ) for ( int i = r, per##i = l; i >= per##i; --i )

inline char fgc() {
	static char buf[1 << 17], *p = buf, *q = buf;
	return p == q && ( q = buf + fread( p = buf, 1, 1 << 17, stdin ), p == q )
		? EOF : *p++;
}

inline int rint() {
	int x = 0; char s = fgc();
	for ( ; s < '0' || '9' < s; s = fgc() );
	for ( ; '0' <= s && s <= '9'; s = fgc() ) x = x * 10 + ( s ^ '0' );
	return x;
}

const int MAXN = 2e6;
int m;

struct BinaryTree {
	int node, ch[MAXN + 5][2];
	
	inline void clear() {
		rep ( i, 1, node ) ch[i][0] = ch[i][1] = 0;
		node = 0;
	}
	
	inline void read() {
		clear(), node = rint();
		rep ( i, 1, node ) ch[i][0] = rint(), ch[i][1] = rint();
	}
	
	inline int type( const int u ) const {
		/*
			-1: illegal node (not a basic tree).
			0: left only.
			1: right only.
			2: left chain and right leaf.
			3: right chain and left leaf.
			4: 2&3.
		*/
		int lc = ch[u][0], rc = ch[u][1];
		assert( lc || rc );
		if ( !rc ) return 0;
		if ( !lc ) return 1;
		bool lf = !ch[lc][0] && !ch[lc][1], rf = !ch[rc][0] && !ch[rc][1];
		if ( lf && rf ) return 4;
		if ( rf ) return 2;
		if ( lf ) return 3;
		return -1;
	}
	
	inline bool check( const int u ) {
		if ( !u || ( !ch[u][0] && !ch[u][1] ) ) return true;
		return ~type( u ) && check( ch[u][0] ) && check( ch[u][1] );
	}
} binT;

struct SynopsisTree {
	int node, ch[MAXN + 5][4];
	bool tag[MAXN + 5];
	
	inline void clear() {
		rep ( i, 1, node ) {
			ch[i][0] = ch[i][1] = ch[i][2] = ch[i][3] = 0,
			tag[i] = false;
		}
		node = 1;
	}
	
	inline void storage( const BinaryTree& T, int& u, const int v ) {
		if ( !v ) return ;
		if ( !u ) u = ++node;
		if ( tag[u] ) return ;
		if ( !T.ch[v][0] && !T.ch[v][1] ) return void( tag[u] = true );
		int f = T.type( v );
		if ( !f ) storage( T, ch[u][0], T.ch[v][0] );
		else if ( f == 1 ) storage( T, ch[u][1], T.ch[v][1] );
		else {
			if ( f == 2 || f == 4 ) storage( T, ch[u][2], T.ch[v][0] );
			if ( f == 3 || f == 4 ) storage( T, ch[u][3], T.ch[v][1] );
		}
	}
	
	inline bool complete( const int u ) {
		if ( !u || tag[u] ) return !!u;
		return complete( ch[u][0] ) && complete( ch[u][1] )
			&& complete( ch[u][2] ) && complete( ch[u][3] );
	}
} synT;

int main() {
	for ( int T = rint(), root = 1; T--; ) {
		synT.clear(), m = rint();
		rep ( i, 1, m ) {
			binT.read();
			if ( binT.check( 1 ) ) synT.storage( binT, root, 1 );
		}
		puts( synT.complete( 1 ) ? "Almost Complete" : "No" );
	}
	return 0;
}

原文地址:https://www.cnblogs.com/rainybunny/p/14836032.html