喵~!指挥官大人,下午好呀!Ciel a.k.a. 本喵,又来为您解决棘手的难题啦!这次的任务是在树之国部署军官,听起来就很有趣对不对?让本喵来带您一步步分析,保证您能轻松搞定,的说!
题目大意
首先,我们来理解一下任务目标是什么,喵~
在一个叫做“树之国”的地方,有 n
座城市和 n-1
条道路。这些城市和道路构成了一棵树的结构,也就是说,从任何一个城市出发,都能到达其他任何一个城市,而且路径是唯一的,捏。
我们的任务是给每一座城市都指派一名军官。军官有不同的军衔,从最高的 'A' 到 'Z',总共 26 个等级。
但是,有一个非常重要的规则必须遵守: 如果两座不同的城市 x
和 y
的军官军衔相同,那么在 x
到 y
的唯一简单路径上,必须存在至少一个城市 z
,其军官的军衔比他们要高。
简单来说,就是相同军衔的军官之间,必须由一个更高级别的上司来“监视”他们之间的通信路径,喵。
我们需要给出一个可行的军官分配方案。如果不存在这样的方案,就输出 "Impossible!"。
举个例子,如果城市 1 是 'A',城市 2、3、4 都是 'B',那么任何两个 'B' 级军官(比如 2 和 3)之间的路径 2-1-3
上,都有一个 'A' 级军官(在城市 1)。这样就是合法的,喵!
题解方法
看到这种在树上处理路径限制的问题,本喵的直觉就告诉我,这很可能和“分治”思想有关,捏!
让我们来仔细看看这个核心规则:同级被高级隔开。
这启发了我们一个绝妙的点子:
- 我们可以在整棵树里找到一个“中心点”。
- 给这个中心点分配最高的军衔 'A'。
- 然后,我们把这个中心点从树上“拿走”。这样一来,整棵树就会分裂成好几个互不连通的小子树。
现在神奇的事情发生了!对于任意两个位于 不同 子树中的节点,它们之间的路径必然要经过我们刚才选定的那个 'A' 级军衔的中心点。这意味着,我们可以在这些不同子树里,放心地使用比 'A' 低一级的军衔 'B',而不用担心它们之间会违反规则,因为 'A' 已经把它们完美地隔开了,喵~
对于每个分裂后的小子树,我们可以用同样的方法来处理:在小子树里找到一个新的“中心点”,给它分配次一级的军衔 'B',然后再把它“拿走”,让这个小子树继续分裂……
这个过程不断重复下去,每次都用更低一级的军衔。'A' -> 'B' -> 'C' ...
这个“中心点”到底是什么呢?在树论中,它有一个响当当的名字——树的重心!
树的重心 (Centroid) 有一个非常棒的性质:把它从树上移除后,分裂出的所有子树中,最大的那个子树的大小也不会超过原树大小的一半。这个性质保证了我们递归的深度最多是 log(n)
级别。因为 n
最大是 10^5,log(10^5)
大约是 17,而我们有 26 个军衔可以用,所以军衔是绰绰有余的!这也意味着,一个可行的方案总是存在的,我们不需要考虑 "Impossible!" 的情况。
所以,我们的算法就是 树的重心分解 (Centroid Decomposition):
- 找到当前树(或子树)的重心。
- 给这个重心分配当前递归深度对应的军衔('A', 'B', 'C', ...)。
- 将该重心标记为“已处理”。
- 对剩下的每一个连通子树,递归地执行上述过程,并将军衔等级加一。
这样就能构造出一种绝对符合要求的方案啦,喵哈哈!
题解代码解析
下面让我们看看这份聪明的代码是如何实现这个想法的吧,喵~
#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>
#include <algorithm>
const int MAXN = 100005;
std::vector<int> adj[MAXN]; // 邻接表,用来存树的结构捏
bool deleted[MAXN]; // 标记一个节点是不是已经被当做重心处理过了
int sz[MAXN]; // 存储子树的大小
char ans[MAXN]; // 存储每个城市的最终军衔
int n;
// 声明一下函数,这样 main 才能找到它们
void calc_sz(int u, int p);
int find_centroid(int u, int p, int comp_size);
void decompose(int u, char rank);
/**
* @brief 计算当前连通块中,以 u 为根的子树大小
* @param u 当前节点
* @param p 父节点,防止往回跑
*/
void calc_sz(int u, int p) {
sz[u] = 1; // 自己的大小是 1
for (int v : adj[u]) {
// 只遍历那些没被处理过、也不是父节点的邻居
if (v != p && !deleted[v]) {
calc_sz(v, u);
sz[u] += sz[v]; // 加上子树的大小
}
}
}
/**
* @brief 寻找当前连通块的重心
* @param u 当前开始寻找的节点
* @param p 父节点
* @param comp_size 当前连通块的总大小
*/
int find_centroid(int u, int p, int comp_size) {
for (int v : adj[u]) {
// 如果某个子树 v 的大小超过了总大小的一半
// 那么重心一定在那个“过重”的子树里,赶紧进去找!
if (v != p && !deleted[v] && sz[v] * 2 > comp_size) {
return find_centroid(v, u, comp_size);
}
}
// 如果所有子树都不超过总大小的一半,那说明 u 就是重心啦!
return u;
}
/**
* @brief 核心的重心分解递归函数
* @param u 递归入口节点
* @param rank 当前要分配的军衔
*/
void decompose(int u, char rank) {
// 1. 计算当前连通块的大小,为找重心做准备
calc_sz(u, 0);
int comp_size = sz[u];
// 2. 找到这个连通块的重心
int centroid = find_centroid(u, 0, comp_size);
// 3. 给重心分配军衔,并标记为已处理
ans[centroid] = rank;
deleted[centroid] = true;
// 4. 对重心的每一个邻居,如果它还没被处理,
// 就以它为入口,对它所在的子连通块进行下一轮分解
for (int v : adj[centroid]) {
if (!deleted[v]) {
decompose(v, rank + 1); // 军衔升一级(也就是字母往后一个)
}
}
}
int main() {
std::ios_base::sync_with_stdio(false);
std::cin.tie(NULL);
std::cin >> n;
for (int i = 0; i < n - 1; ++i) {
int u, v;
std::cin >> u >> v;
adj[u].push_back(v);
adj[v].push_back(u);
}
// 从任意节点开始(比如 1),用最高的军衔 'A' 开始分解
decompose(1, 'A');
// 输出最终结果
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
std::cout << ans[i] << (i == n ? "" : " ");
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
代码的逻辑和我们刚才分析的完全一样,是不是很清晰呢,喵?
知识点介绍:树的重心分解
最后,让本喵来给指挥官大人详细讲讲“树的重心分解”这个酷炫的算法吧!
什么是树的重心?
树的重心,也叫质心,是树中的一个特殊节点。当你把这个节点和与它相连的边都从树上移除后,剩下的森林(由若干个小树组成)中,最大的那棵树的节点数会尽可能小。
更精确的定义是:对于节点 u
,令 max_subtree_size(u)
为移除 u
后产生的最大子树的节点数。重心就是那个使得 max_subtree_size(u)
最小的节点 u
。
一个重要的性质是,这个最小的 max_subtree_size(u)
不会超过 floor(n/2)
,其中 n
是原树的总节点数。这保证了分治的效率!
一棵树可能有一个或两个重心。如果有两个,它们一定是相邻的。
如何找到树的重心?
找重心的过程通常分两步:
- 第一次 DFS: 从任意节点出发,计算出以每个节点为根的子树大小
sz[u]
。 - 第二次 DFS: 再次从根节点出发,对于当前节点
u
,检查它的每一个子节点v
的sz[v]
,以及它“上方”部分的大小total_size - sz[u]
。如果这些值中的最大值是所有节点中最小的,那么u
就是重心。
代码中的 find_centroid
函数用了一种更巧妙的方法:它从一个点出发,不断往“重”的子树方向移动,直到当前节点的所有子树大小都不超过总大小的一半,那么这个节点就是重心。
什么是重心分解?
重心分解是一种处理树上路径问题的强大分治算法。它的核心思想是:
- Divide (分解): 找到当前树的重心
c
。 - Conquer (解决):
- 处理所有经过重心
c
的路径。在本题中,就是给c
分配一个高级军衔,这个操作本身就“处理”了未来子问题之间的路径关系。 - 移除
c
,树会分裂成多个子树。
- 处理所有经过重心
- Combine (合并):
- 对每个子树递归地进行重心分解。
- 因为子树之间的问题已经被
c
解决了,所以子问题是独立的。
这个过程会形成一棵“重心树”,树的根是原树的重心,它的孩子是各个子树的重心,以此类推。由于每次分解,问题规模都至少减半,所以这棵重心树的深度是 O(log n)
的。这使得许多原本需要在树上进行 O(n^2)
暴力枚举路径的问题,可以用 O(n log n)
或 O(n log^2 n)
的时间复杂度解决。
好啦,指挥官大人,关于这个问题的一切就介绍到这里啦!希望本喵的讲解对您有帮助,喵~ 如果还有其他问题,随时可以再来找我哦!