Изменения

==ВведениеЗадача о динамической связности=={{Задача|definition = Для решения задачи о динамической связности (англ.''dynamic connectivity problem'') требуется выполнение следующих операцийдинамически изменяющегося дерева выполнить следующие запросы:* '''<tex>\mathrm{link(u, w)}</tex>''' {{---}} добавить ребро <tex>(u, w) </tex> (при условии, что вершины <tex>u </tex> и <tex>w </tex> принадлежат разным деревьям),* '''<tex>\mathrm{cut(u, w)}</tex>''' {{---}} разрезать ребро <tex>(u, w) </tex> (при условии, что ребро <tex>(u, w) </tex> принадлежит дереву),* '''<tex>\mathrm{isConnected(u, w)}</tex>''' {{---}} определить принадлежат ли вершины <tex>u </tex> и <tex>w </tex> одной компоненте связности.}}

'Для решения поставленной задачи будем представлять дерево в виде его [[Эйлеровость графов|эйлерова графа]], а затем будем работать с [[Эйлеровость графов|эйлеровым обходом]] (англ.'' Euler tour tree''' - The data structure we'll develop can perform these operations time ) этого графа. Это позволит выполнять указанные запросы за <tex>O(\log n) each</tex>.

{{Задача|definition = High-level idea: Instead of storing the trees in the forest, store their Euler tours.Each edge insertion or deletion translates into a set of manipulations on the Euler tours of the trees in the forest.<br>Checking whether two nodes are connected can be done by checking if they're in the same Euler tour.}} ==Свойства эйлерова обхода== Представим дерево в виде последовательности вершин, посещеннных посещенных в порядке эйлерова обхода , начиная с корнем в вершине вершины <tex>a</tex>.

Для переподвешивания необходимо:*Разбить эйлеров обход на три части <tex>S1 </tex>, <tex>H</tex>, и <tex>S2 </tex>, где <tex>H</tex> состоит из вершин между первым и последним вхождением нового корня <tex>h</tex>.*Удалить первую вершину в <tex>S1 </tex>.*Соединить в следующем порядке: <tex>H</tex>, <tex>S2 </tex>, <tex>S1 </tex>.*Добавить <tex>\{h\}</tex> в конец последовательности. В результате получим: [[Файл:Proba.png |center]]==Операции c эйлеровыми обходами==

[[ФайлДля добавления ребра <tex>(c, g)</tex>:Link11.png |thumb|400px|center]] Для связывания деревьев *Выберем любое вхождение вершины <tex>T1 c</tex> и в эйлеров обход дерева <tex>T2T1</tex>, где .*Разрежем эйлеров обход <tex>c\in T1\ </tex>, а на две части:*: <tex>g\in T2\A1</tex> добавлением ребра {{---}} часть обхода до выбранного вхождения вершины <tex>\{c, g\} \</tex> необходимо:, включая ее.*Переподвесить дерево : <tex>T1A2</tex> к вершине {{---}} часть обхода после выбранного вхождения вершины <tex>c</tex>, включая ее.*Переподвесить дерево Аналогично, выберем любое вхождение вершины <tex>g</tex> в эйлеров обход дерева <tex>T2</tex> к вершине и разрежем его на две части <tex>B1</tex> и <tex>gB2</tex>.*Соединить получившиеся эйлеровы обходы.*Добавить Соберем результирующий эйлеров обход в порядке <tex>A1, B2, B1</tex> (без первой повторяющейся вершины), <tex>\{c\}A2</tex> в конец последовательности. [[Файл:Link2.png|thumb|400px |center]]

[[Файл:Link3Link22.png|thumb|400px|center|Рис.1a Исходный лес <br>Рис.1b Эйлеровы обходы деревьев<br> Рис.1с Двоичные деревья поиска для хранения эйлеровых обходов <br> Рис.1d Результирующий эйлеров обход]]

Each split or concatenate takes time O(1)Чтобы быстро находить места в эйлеровом обходе, которые соответствуют прохождению удаляемого ребра в дереве, будем для каждого ребра в дереве хранить ссылку на те места эйлерова обхода, где последовательно посещаем концы удаляемого ребра. Каждое разбиение и соединение последовательностей требует О(1) времени.<br>The first and last copy of a node can be identified in time O(1).Определение первого и последнего вхождения вершины в последовательность происходит за О(1).Так, для ребра <brtex>A new copy of a node can be appended to the end of the sequence in time O(1g, j).Новая копия вершины может быть добавлена в конец последовательности за О(1).<br/tex>A redundant copy of a node can be deleted in time O(1)храним ссылки на узлы дерева поиска, соответствующие парам посещений концов этого ребра.Лишняя копия вершины может быть удалена за О(1).<br>Everything sounds great!<br>Question: How do you test for connectivity?

Euler tours give a simple, flexible encoding of tree structures[[Файл:Link23.png |thumb|400px|center|Рис.1a Исходное дерево <br>Рис.1b Эйлеров обход исходного дерева<br>Using doubly-linked lists, concatenation and splits take time O(1) each, but testing connectivity takes time Θ(n) in the worst-caseРис.1с Двоичное дерево поиска для хранения эйлерового обхода <br>Can we do better?Используя двойные связные списки добавление и разрезание ребра может быть проведено за время О(1), но определение принадлежности вершин одной компоненте связности занимает Θ(n) в худшем случаеРис.1d Эйлеровы обходы получившихся деревьев]]

===Balanced TreesПроверка на связность===Для того, чтобы проверить, лежат ли две вершины в одном дереве, достаточно подняться от вхождения каждой вершины в эйлеров обход (ссылку на которое мы храним) до корня дерева поиска, хранящего этот эйлеров обход.

Будем хранить последовательность вершин эйлерова обхода в виде сбалансированного двоичного дерева поиска, например, в виде [[Файл:Balanced tree.png |centerКрасно-черное дерево|Пример красно-черного дерева]]. При построении дерева ключом вершины будет время посещения этой вершины эйлеровым обходом.

Observation Операции объединения и разделения красно-черных деревьев выполняется за <tex>O(\log n)</tex><ref>[http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1: Can still store pointers to the first and last occurrence .1.109.4875&rep=rep1&type=pdf Ron Wein {{---}} Efficient Implementation of each tree nodeRed-Black Trees.]</ref>.

Observation 3: RedТакже, можем хранить последовательности вершин эйлерова обхода в [[Декартово_дерево_по_неявному_ключу|декартовом дереве по неявному ключу]]. Глубина декартового дерева, построенного на массиве из <tex>n</black trees can be split and joined in time tex> вершин, будет поддерживаться равной <tex>O(\log n) each</tex>.

[[Файл:Balanced tree1Операции объединения и разделения также выполняются за <tex>O(\log n)</tex>.png |center|Пример ]]

The data structure:<br>Represent each tree as an Euler tour.<br>Store those sequences as balanced binary trees.<br>Each node in the original forest stores a pointer to its first and last occurrence.<br>Each node in the balanced trees stores a pointer to its parent==См.<br>также==link, cut, and is* [[Link-connected queries take time only O(log n) each.Cut Tree]]

==Похожие [[Категория: Алгоритмы и структуры==данных]]Про link-cut trees[[Категория: Обходы графов]][[Категория: Эйлеровы графы]]