樹的重心求解

2020-10-05 22:00:11

首先我們先要了解什麼是樹的重心在這裡插入圖片描述

樹的重心定義為樹的某個節點,當去掉該節點後,樹的各個連通分量中,節點數最多的連通分量其節點數達到最小值。樹可能存在多個重心。如下圖,當去掉點1後,樹將分成兩個連通塊: ( 2 , 4 , 5 ) (2,4,5) (2,4,5) ( 3 , 6 , 7 ) (3,6,7) (3,6,7),則最大的連通塊包含節點個數為3。若去掉點2,則樹將分成3個部分, ( 4 ) (4) (4) ( 5 ) (5) (5) ( 1 , 3 , 6 , 7 ) (1,3,6,7) (1,3,6,7)最大的連通塊包含4個節點;第一種方法可以得到更小的最大聯通分量。可以發現,其他方案不可能得到比3更小的值了。所以,點1是樹的重心。

樹的重心的一些性質:

  1. 刪除重心後所得的所有子樹,節點數不超過原樹的1/2,一棵樹最多有兩個重心,且相鄰;
  2. 樹中所有節點到重心的距離之和最小,如果有兩個重心,那麼它們距離之和相等;
  3. 兩個樹通過一條邊合併,新的重心在原樹兩個重心的路徑上;
  4. 樹刪除或新增一個葉子節點,重心最多隻移動一條邊。

分析

任選一個節點為根,把無根樹變成有根樹,然後dp[i]表示以i為根的子樹的節點個數。不難發現:

在這裡插入圖片描述

那麼假設i是重心,在刪除i之後 m a x ( d p [ j ] ) ( j ∈ S o n ( i ) ) max(dp[j]) (j∈Son(i)) max(dp[j])(jSon(i))還要與i上面的所有節點(可看成一棵子樹)比,也就是n-dp[i]。右圖中我們假設2號節點是重心,那麼除了他們兒子節點為根的子樹4和5以外,還有1367節點也可看成一棵子樹,所以 f [ i ] = m a x ( m a x ( d p [ j ] ) , n − d p [ i ] ) f[i] = max(max(dp[j]),n-dp[i]) f[i]=max(max(dp[j]),ndp[i])

(f[i]就是以i為重心的最大子樹節點數),那麼答案就是 m i n ( f [ i ] ) ( i ∈ ( 1   n ) ) min(f[i])(i∈(1~n)) min(f[i])(i(1 n))

搜尋時,還是遞迴到底層,回溯時進行累加,再利用重心的性質,所有子樹的節點數不超過總節點數的 1 / 2 1/2 1/2,更新flag的值,就可以找到重心節點了。

程式碼

先以1為根節點,構造一棵樹

#include <cstdio>
#include <vector>
using namespace std;
const int MAXN = 1e5 + 5;
vector<int> a[MAXN], v[MAXN];
int de[MAXN], fa[MAXN], dp[MAXN], f[MAXN];
bool vis[MAXN], flag[MAXN];
int n, m, ans;
void Find_Son(int);
void Find_Father(int);
void dfs(int, int);
void Init();
void Read();
void DP(int);
int main() {
	Read();
	Init();
	DP(1);
	for(int i = 1; i <= n; i++)
		if(flag[i])
			ans++;
	printf("%d\n", ans);
	for(int i = 1; i <= n; i++)
		if(flag[i])
			printf("%d\n", i);
	return 0;
}
void Find_Son(int now) {
	for(int i = 0; i < a[now].size(); i++) {
		if(!vis[a[now][i]]) {
			v[now].push_back(a[now][i]);
			vis[a[now][i]] = 1;
			Find_Son(a[now][i]);
		}
	}
}
void Find_Father(int now) {
	for(int i = 0; i < v[now].size(); i++) {
		fa[v[now][i]] = now;
		Find_Father(v[now][i]);
	}
}
void dfs(int now, int step) {
	de[now] = step;
	for(int i = 0; i < v[now].size(); i++)
		dfs(v[now][i], step + 1);
}
void Init() {
	vis[1] = 1;
	Find_Son(1); fa[1] = 1;
	Find_Father(1);
	dfs(1, 1);
}
void Read() {
	int A, B;
	scanf("%d", &n);
	for(int i = 1; i < n; i++) {
		scanf("%d %d", &A, &B);
		a[B].push_back(A);
		a[A].push_back(B);
	}
	for(int i = 1; i <= n; i++)
		flag[i] = 1;
}
void DP(int now) {
	dp[now] = 1;
	for(int i = 0; i < v[now].size(); i++) {
		DP(v[now][i]);
		dp[now] += dp[v[now][i]];
		if(dp[v[now][i]] > n / 2)
			flag[now] = 0;
	}
	if(n - dp[now] > n / 2)
		flag[now] = 0;
}