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====== 重构树 ======

===== 算法简介 =====

一种用于解决从任意询问点出发在边权或点权等限制下能到达的点集的信息维护问题的算法。

===== 算法例题 =====

==== 例题一 ====

[[https://www.luogu.com.cn/problem/P4197|洛谷p4197]]

=== 题意 ===

给定 $n$ 个点和 $m$ 条边，每个点给定一个点权，每条边给定一个边权。接下来 $q$ 个询问。

每次询问从点 $v$ 开始不经过边权超过 $x$ 的边可以走到的点中第 $k$ 大的权值。

=== 题解 ===

考虑 $\text{Kruskal}$ 算法重构树，即求取最小生成树过程中将加边操作改为生成一个新结点同时将新结点作为两个连通块的根节点的祖先。

将重构树上的新结点的点权设为该结点代表边的边权，原图中结点点权设为 $0$。于是重构树上的点权从叶子结点到根节点单增。

于是每次询问从原图某结点开始可以到达的边权不超过 $x$ 的结点等价于询问该结点的权值不超过 $x$ 的最远的祖先结点的子树。

于是倍增求出满足条件的祖先结点，最后利用 $\text{dfs}$ 序和主席树处理第 $k$ 大询问即可。时间复杂度 $O((n+q)\log n+m\log m)$。

另外这题可以以离线询问，将询问和边然后按权值排序，然后通过线段树合并处理加边操作和询问操作。

<hidden 查看代码>
<code cpp>
#define rch(k) node[node[k].ch[1]]
const int MAXN=1e5+5,MAXM=5e5+5,MAXL=80;
struct Node{
	int s,ch[2];
}node[MAXN*MAXL];
int root[MAXN<<1],n,seg_n,node_cnt;
void update(int &k,int p,int pos,int lef=1,int rig=seg_n){
	node[k=++node_cnt]=node[p];
	node[k].s++;
	if(lef==rig)return;
	int mid=lef+rig>>1;
	if(pos<=mid)
	update(node[k].ch[0],node[p].ch[0],pos,lef,mid);
	else
	update(node[k].ch[1],node[p].ch[1],pos,mid+1,rig);
}
int query(int k1,int k2,int rk,int lef=1,int rig=seg_n){
	int mid=lef+rig>>1;
	if(lef==rig)return mid;
	if(rk<=rch(k1).s-rch(k2).s)
	return query(node[k1].ch[1],node[k2].ch[1],rk,mid+1,rig);
	else
	return query(node[k1].ch[0],node[k2].ch[0],rk-rch(k1).s+rch(k2).s,lef,mid);
}
struct Edge{
	int u,v,w;
	bool operator < (const Edge &b)const{
		return w<b.w;
	}
}edge[MAXM];
int a[MAXN],b[MAXN],p[MAXN<<1],ch[MAXN<<1][2],dfn[MAXN<<1][2],dfs_t;
namespace LCA{
	const int MAXN=2e5+5;
	int d[MAXN],anc[MAXN][MAXL],w[MAXN],log2[MAXN];
	void get_log(int n){
		int log=0;
		while((1<<log)<n){
			for(int i=1<<log,j=min(1<<(log+1),n);i<j;i++)
			log2[i]=log;
			log++;
		}
	}
	void init(int n){
		get_log(n);
		for(int j=1;(1<<j)<n;j++){
			_rep(i,1,n){
				if(!anc[i][j-1])
				continue;
				anc[i][j]=anc[anc[i][j-1]][j-1];
			}
		}
	}
	int query(int p,int k){
		for(int i=log2[d[p]];i>=0;i--){
			if(anc[p][i]&&w[anc[p][i]]<=k)
			p=anc[p][i];
		}
		return p;
	}
};
int Find(int x){return x==p[x]?x:p[x]=Find(p[x]);}
void dfs(int u,int fa,int dep){
	if(!u)return;
	dfn[u][0]=++dfs_t;LCA::d[u]=dep;
	if(u<=n)
	update(root[dfs_t],root[dfs_t-1],a[u]);
	else
	root[dfs_t]=root[dfs_t-1];
	dfs(ch[u][0],u,dep+1);
	dfs(ch[u][1],u,dep+1);
	dfn[u][1]=dfs_t;
}
int main()
{
	n=read_int();
	int m=read_int(),q=read_int();
	_rep(i,1,n)a[i]=b[i]=read_int();
	sort(b+1,b+n+1);
	seg_n=unique(b+1,b+n+1)-b;
	_rep(i,1,n)a[i]=lower_bound(b+1,b+seg_n,a[i])-b;
	_for(i,0,m){
		edge[i].u=read_int();
		edge[i].v=read_int();
		edge[i].w=read_int();
	}
	sort(edge,edge+m);
	int cur=n+1;
	_for(i,1,2*n)p[i]=i;
	_for(i,0,m){
		int x=Find(edge[i].u),y=Find(edge[i].v);
		if(x!=y){
			p[x]=p[y]=cur;
			ch[cur][0]=x,ch[cur][1]=y;
			LCA::anc[x][0]=LCA::anc[y][0]=cur,LCA::w[cur]=edge[i].w;
			cur++;
		}
	}
	_for(i,1,cur){
		if(!root[Find(i)])
		dfs(Find(i),0,0);
	}
	LCA::init(cur-1);
	while(q--){
		int v=read_int(),x=read_int(),k=read_int();
		int rt=LCA::query(v,x);
		if(node[root[dfn[rt][1]]].s-node[root[dfn[rt][0]-1]].s<k)
		enter(-1);
		else
		enter(b[query(root[dfn[rt][1]],root[dfn[rt][0]-1],k)]);
	}
	return 0;
}
</code>
</hidden>

==== 例题二 ====

[[https://www.luogu.com.cn/problem/P4899|洛谷p4899]]

=== 题意 ===

给定 $n$ 个点和 $m$ 条边，每个点的点权等于该点的编号，保证图连通。接下来 $q$ 个询问。

每次询问从 $S$ 点出发只经过点权不小于 $l$ 的点能到达的点集与从 $E$ 点出发只经过点权不大于 $r$ 的点能到达的点集是否有交集。

=== 题解 ===

考虑建两棵重构树。对第一棵重构树，按点权从大到小枚举各个点。

对每个点，枚举它的所有连边，如果该连边的另一端点所在树的根节点大于该点，则将树的根节点连向该结点，同时将该结点作为新树的根节点。

最后可以得到一棵树，满足从叶子结点到根节点的结点点权递减，且图中任意两结点必须经过该两结点在树上的 $\text{LCA}$ 才能互达。

于是从 $S$ 点出发只经过点权不小于 $l$ 的点能到达的点集等价于 $S$ 点的点权不小于 $l$ 的最小祖先的子树。

同理可以建立第二棵重构树，最多问题等价于询问是否存在点满足该点在第一棵树的 $\text{dfs}$ 序 $\in [l_1,r_1]$，在第二棵树的 $\text{dfs}$ 序 $\in [l_2,r_2]$。

发现这是一个二维偏序问题，可以主席树求解，时间复杂度 $O(m+n\log n)$。

<hidden 查看代码>
<code cpp>
const int MAXN=2e5+5,MAXM=4e5+5,MAXL=20;
struct Edge{
	int to,next;
}edge[MAXM<<1];
int head[MAXN],edge_cnt;
void Insert(int u,int v){
	edge[++edge_cnt]=Edge{v,head[u]};
	head[u]=edge_cnt;
}
struct Tree{
	vector<int> g[MAXN];
	int p[MAXN],anc[MAXN][MAXL],dfn[MAXN],dfe[MAXN],dfv[MAXN],type,dfs_t;
	int Find(int x){return x==p[x]?x:p[x]=Find(p[x]);}
	void dfs(int u,int fa){
		dfn[u]=++dfs_t;dfv[dfs_t]=u;anc[u][0]=fa;
		_for(i,1,MAXL){
			if(!anc[anc[u][i-1]][i-1])break;
			anc[u][i]=anc[anc[u][i-1]][i-1];
		}
		_for(i,0,g[u].size())
		dfs(g[u][i],u);
		dfe[u]=dfs_t;
	}
	void build(int n,bool flag){
		type=flag;
		_rep(i,1,n)p[i]=i;
		if(!type){
			_rep(u,1,n){
				for(int i=head[u];i;i=edge[i].next){
					int v=Find(edge[i].to);
					if(v>=u)continue;
					p[v]=u;
					g[u].push_back(v);
				}
			}
			dfs(n,0);
		}
		else{
			for(int u=n;u;u--){
				for(int i=head[u];i;i=edge[i].next){
					int v=Find(edge[i].to);
					if(v<=u)continue;
					p[v]=u;
					g[u].push_back(v);
				}
			}
			dfs(1,0);
		}
	}
	int query(int u,int k){
		if(!type){
			for(int i=MAXL-1;i>=0;i--){
				if(anc[u][i]&&anc[u][i]<=k)
				u=anc[u][i];
			}
		}
		else{
			for(int i=MAXL-1;i>=0;i--){
				if(anc[u][i]&&anc[u][i]>=k)
				u=anc[u][i];
			}
		}
		return u;
	}
}t1,t2;
struct Node{
	int sz,ch[2];
}node[MAXN*MAXL];
int root[MAXN],node_cnt;
void update(int &k,int p,int lef,int rig,int pos){
	node[k=++node_cnt]=node[p];
	node[k].sz++;
	if(lef==rig)return;
	int mid=lef+rig>>1;
	if(pos<=mid)
	update(node[k].ch[0],node[p].ch[0],lef,mid,pos);
	else
	update(node[k].ch[1],node[p].ch[1],mid+1,rig,pos);
}
int query(int k1,int k2,int ql,int qr,int vl,int vr){
	if(vl>qr||vr<ql)return 0;
	if(ql<=vl&&vr<=qr)return node[k2].sz-node[k1].sz;
	int vm=vl+vr>>1;
	return query(node[k1].ch[0],node[k2].ch[0],ql,qr,vl,vm)+query(node[k1].ch[1],node[k2].ch[1],ql,qr,vm+1,vr);
}
int main()
{
	int n=read_int(),m=read_int(),q=read_int();
	while(m--){
		int u=read_int()+1,v=read_int()+1;
		Insert(u,v);Insert(v,u);
	}
	t1.build(n,true);
	t2.build(n,false);
	_rep(i,1,n)
	update(root[i],root[i-1],1,n,t2.dfn[t1.dfv[i]]);
	while(q--){
		int be=read_int()+1,en=read_int()+1,l=read_int()+1,r=read_int()+1;
		be=t1.query(be,l),en=t2.query(en,r);
		if(query(root[t1.dfn[be]-1],root[t1.dfe[be]],t2.dfn[en],t2.dfe[en],1,n))
		enter(1);
		else
		enter(0);
	}
	return 0;
}
</code>
</hidden>
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