图论专题-学习笔记：树上启发式合并（dsu on tree）

目录

• 1. 前言
• 2. 详解
• 3. 总结

1. 前言

树上启发式合并（dsu on tree），是一种类似于启发式合并的方式解决关于部分子树内问题的算法，一般都是什么子树内颜色个数等等的。

前置知识：求重儿子（就是树剖那个重儿子）。

2. 详解

树上启发式合并的一般步骤如下：

0. 求出重儿子。
1. 遍历整棵树，对于一个点 $x$ 按照如下方式求出其答案：
   1.1 首先直接遍历其所有轻儿子求出其所有轻儿子的答案，但是不保留轻儿子对父亲的贡献。
   1.2 遍历重儿子，求出重儿子答案，并保留重儿子对父亲的贡献。
   1.3 再次通过 dfs 序（或别的方法，但不要直接遍历）遍历轻儿子，求出轻儿子对父亲的贡献。
   1.4 如果当前节点是其父亲的轻儿子，删除子树所有节点对答案的影响。

这么说不是特别好懂，上例题：CF600E Lomsat gelral

首先默认都会求重儿子，下记 $cnt_i$ 表示颜色 $i$ 的出现次数，$sum$ 表示答案，$Maxn$ 表示 $cnt_i$ 最大值。

考虑 1.1 步遍历轻儿子，对于每个轻儿子算一次答案，那么所有轻儿子都会在 $cnt_i$ 上有贡献，但是因为是轻儿子所以 1.4 步中要删除。

考虑 1.2 步遍历重儿子，但是因为是重儿子所有 1.4 步不会删除重儿子对当前节点的贡献。

考虑 1.3 步遍历轻儿子，这里使用 dfs 序遍历，因为一个点子树内 dfs 序是连续的（实现看代码），重新计算轻儿子的贡献，颜色加入到 $cnt_i$ 中。

通过 $sum,Maxn$ 获取答案，然后如果是轻儿子那么有 1.4 步删除影响，体现到这题中就是 $sum,Maxn$ 重置为 0。

发现上述过程中我们只遍历了两次轻儿子一次重儿子，是非常不错的选择。

复杂度是 $O(n\log n)$，但是我不会证（）

关于 $sum,Maxn$ 删除时重置为 0，原因是算答案是一定是先算轻儿子再算重儿子最后重新算轻儿子，因此如果当前点是轻儿子，1.4 步直接重置一定是对的，因为前面没有任何节点在 $cnt_i$ 上有贡献。

至于为什么 1.3 步说不要直接遍历轻儿子，主要考虑重新遍历后此时轻儿子的贡献就要被保留，然后你还要重新计算一遍轻儿子的答案，此时轻儿子会被遍历多次，并且是否保留贡献会混乱，没准什么时候不该算的贡献就算进去了，时间和正确性都没有保证。

Code：

/*
========= Plozia =========
	Author:Plozia
	Problem:CF600E Lomsat gelral
	Date:2022/10/5
========= Plozia =========
*/

#include <bits/stdc++.h>
typedef long long LL;

const int MAXN = 1e5 + 5;
int n, a[MAXN], Head[MAXN], cntEdge, Size[MAXN], l[MAXN], Son[MAXN], ys[MAXN], fa[MAXN], cnt[MAXN], Maxn, r[MAXN];
LL ans[MAXN], sum;
struct node { int To, Next; } Edge[MAXN << 1];

int Read()
{
	int sum = 0, fh = 1; char ch = getchar();
	for (; ch < '0' || ch > '9'; ch = getchar()) fh -= (ch == '-') << 1;
	for (; ch >= '0' && ch <= '9'; ch = getchar()) sum = (sum << 3) + (sum << 1) + (ch ^ 48);
	return sum * fh;
}
void add(int x, int y) { ++cntEdge; Edge[cntEdge] = (node){y, Head[x]}; Head[x] = cntEdge; }
void Add(int p) { ++cnt[a[p]]; if (cnt[a[p]] == Maxn) sum += a[p]; else if (Maxn < cnt[a[p]]) { Maxn = cnt[a[p]]; sum = a[p]; } }
void Del(int p) { --cnt[a[p]]; }

void dfs1(int now, int f)
{
	Size[now] = 1, l[now] = ++l[0]; ys[l[0]] = now; fa[now] = f;
	for (int i = Head[now]; i; i = Edge[i].Next)
	{
		int u = Edge[i].To; if (u == f) continue ;
		dfs1(u, now); Size[now] += Size[u]; if (Size[u] > Size[Son[now]]) Son[now] = u;
	}
	r[now] = l[0]; // 通过这一步操作可以直接利用 dfs 序遍历子树
}
void dfs2(int now, int f, int opt) // opt 表示 now 是不是 f 的重儿子
{
	for (int i = Head[now]; i; i = Edge[i].Next)
	{
		int u = Edge[i].To; if (u == f || u == Son[now]) continue ;
		dfs2(u, now, 0);
	} // 计算轻儿子答案
	if (Son[now]) dfs2(Son[now], now, 1); // 计算重儿子答案和贡献
	for (int i = Head[now]; i; i = Edge[i].Next)
	{
		int u = Edge[i].To; if (u == f || u == Son[now]) continue ;
		for (int j = l[u]; j <= r[u]; ++j) Add(ys[j]);
	} // 重新计算轻儿子贡献
	Add(now); ans[now] = sum;
	if (opt == 0)
	{
		for (int i = l[now]; i <= r[now]; ++i) Del(ys[i]);
		sum = Maxn = 0;
	} // 如果是轻儿子删除贡献
}

int main()
{
	n = Read(); for (int i = 1; i <= n; ++i) a[i] = Read();
	for (int i = 1; i < n; ++i) { int x = Read(), y = Read(); add(x, y); add(y, x); }
	dfs1(1, 1); dfs2(1, 1, 0);
	for (int i = 1; i <= n; ++i) printf("%lld%c", ans[i], " \n"[i == n]);
	return 0;
}

3. 总结

树上启发式合并，考虑先遍历轻儿子不保留贡献，再遍历重儿子保留贡献，再通过 dfs 序等遍历轻儿子保留贡献，最后若是轻儿子就删除贡献即可。

实际上，树上启发式合并对于子树内统计类问题还是有不错的发挥的，而且比隔壁线段树合并好写多了。

练习：CF741D,CF1709E。