用线段树维护树的直径

目的

  有时候我们需要快速回答一棵子树的直径,或者去掉一棵子树后形成的树的直径。普通的找直径方法是两遍 bfs,时间 O(n)O(n),这里的方法用 O(log⁡n)O(\log n) 的时间回答。

操作

首先

  我们做出一棵树的 dfs 序,然后以 dfs 序为轴建立线段树,每个区间维护直径 lenlen,以及直径的两个端点 xx 和 yy。
  会有这么一个问题:你按线段树划分区间,那一个区间内的点可能不连通啊!!!其实没问题的,因为我们最后询问的是一棵(子)树,意思是我们询问的东西肯定是连通的。所以操作时候不联通你就当它连通就好啦。
  还会有这么一个问题:直径可能不止一条啊!!!随便记录一条即可,下文解释。

最关键是这个合并

  区间内只有 1 个点的时候 len=0len=0,x,yx,y 等于自己。
  现在考虑区间的合并。左区间有两个直径端点,右区间也有两个直径端点,这四个点中的最远点对,就是新区间的直径。
  注意我们这里用的距离是原树的距离(已经说过我们强行让一个区间的点是连通的了)。

  简单证明一下。
  我们看作是 xx 所在的连通块通过边 (x,y)(x,y) 连向 yy 所在的连通块。
  若新直径不经过 (x,y)(x,y) ,则就是原来的两条直径取 max⁡\max。
  若新直径经过 (x,y)(x,y) ,就要考虑 xx 延伸到哪儿、yy 延伸到哪儿了。由直径的定义可知,xx 能走到的最远点之一是 xx 所在连通块直径的端点,yy 同理。因此这时新直径的两个端点都是旧直径的端点。

  (这个证明也适用于增量法求树的直径,即我给一棵树加一个新点,那么新直径必有一端点是旧直径的端点)
  (注意只能是树,普通图没有这些性质)

所以

  有了这个神奇的合并操作,我们就可以求树中任意一个联通块(子树或是去掉一个子树什么的)的直径啦!

注意事项

  我们求点对距离时会用到 lca,然而线段树已经有一个 log⁡\log 了,如果碰到题目要卡两个 log⁡\log,就要用 rmq 求 lca。

例题

例题1 例题2