Link Cut Tree

动态树是一类要求维护森林的连通性的题的总称，
这类问题要求维护某个点到根的某些数据，支持树的切分，合并，
以及对子树的某些操作
其中解决这一问题的某些简化版（不包括对子树的操作）的基础数据结构
就是LCT(link-cut tree)

定义：

　　首先来定义一些量：

　　access(x)(或者叫expose（x）)：表示访问X点

　　Preferred child（偏爱子节点）：如果最后被访问的点在X的儿子P节点的子树中，那么称P为X的Preferred child，如果一个点被访问，他的Preferred child为null(即没有)。

　　Preferred edge（偏爱边）：每个点到自己的Preferred child的边被称为Preferred edge。

　　Preferred path（偏爱路径）：由Preferred edge组成的不可延伸的路径称为Preferred path。

这样我们可以发现一些比较显然的性质，
每个点在且仅在一条Preferred path上，
也就是所有的Preferred path包含了这棵树上的所有的点，
这样一颗树就可以由一些Preferred path来表示（类似于轻重链剖分中的重链），
我们用splay来维护每个条Preferred path，关键字为深度，

也就是每棵splay中的点左子树的深度都比当前点小，右节点的深度都比当前节点的深度大

这样的每棵splay我们称为Auxiliary tree(辅助树)，
每个Auxiliary tree的根节点保存这个Auxiliary tree与上一棵Auxiliary tree中的哪个点相连
这个点称作他的Path parent（路上祖先）

操作：

expose(x)：首先由于preferred path的定义，如果一个点被访问，
那么这个点到根节点的所有的边都会变成preferred edge，
由于每个点只有一个preferred child，所以这个点到根节点路径上的所有的点都会和原来的preferred child断开，
连接到这条新的preferred path上
假设访问x点，那么先将x点旋转到对应Auxiliary tree的根节点，
因为被访问的点是没有preferred child的，所以将Auxiliary tree中根节点(x)与右子树的边断掉，
左节点保留，将这个树的path parent旋转到对应Auxiliary tree的根节点，
断掉右子树，连接这个点与x点，相当于合并两棵Auxiliary tree，
不断地重复这一操作，直到当前X所在Auxiliary tree的path parent为null时停止，表示已经完成当前操作

find root(x)：找到某一点所在树的根节点（维护森林时使用）
只需要expose(X)，然后将X节点旋到对应Auxiliary tree的根节点，
然后找到这个Auxiliary tree中最左面的点

cut(x)：断掉X节点和其父节点相连的边
首先expose(x)，将x旋转到对应Auxiliary tree的根节点，
然后断掉Auxiliary tree中x和左节点相连的边

link(x,y)：连接点x到y点上，即让x成为y的子节点
因为x为y的子节点后，
在原x的子树中，x点到根节点的所有的点的深度会被翻转过来，
所以先expose(x)，然后在对应的Auxiliary tree中将x旋转到根节点，
然后将子树翻转(splay中的reverse操作)，
然后expose(y)，将y旋转到对应Auxiliary tree中的根节点，将x连到y就行了。

时间复杂度：
证明expose以及其他操作的时间复杂度是均摊log2N的，
具体证明参考杨哲的论文《QTREE 解法的一些研究》。

#include<cstdio>#include<cstring>#include<iostream>using namespace std;const int N=1000005;int n,m,root,cnt;int size[N],mx[N],pre[N],v[N],ch[N][2],q[N];bool rev[N];struct node{    int x,y,nxt;};node way[N<<1];int st[N],tot=0;int get(int x){    return ch[pre[x]][0]==x ? 0:1;    //x是爸爸哪个孩子 }int isroot(int x){    return ch[pre[x]][0]!=x&&ch[pre[x]][1]!=x;    //判断该节点是不是根 }void update(int x)  //这里我维护的是子树大小 {    size[x]=1;    if (ch[x][0]) size[x]+=size[ch[x][0]];    if (ch[x][1]) size[x]+=size[ch[x][1]];} void push(int x)  //一般是用来处理翻转操作的 {    if (x&&rev[x])    {        rev[x]^=1;        if (ch[x][0]) rev[ch[x][0]]^=1;        if (ch[x][1]) rev[ch[x][1]]^=1;        swap(ch[x][0],ch[x][1]);    }} void rotate(int x){    int fa=pre[x];    int grand=pre[fa];    int wh=get(x);    if (!isroot(fa)) ch[grand][ch[grand][0]==fa? 0:1]=x;    //爸爸不是根，那么一定有爷爷     ch[fa][wh]=ch[x][wh^1];  //爸爸和儿子的关系一定对应好     pre[ch[fa][wh]]=fa;    pre[x]=grand; pre[fa]=x;    ch[x][wh^1]=fa;    update(fa);    update(x);}void splay(int x){    int top=0;    q[++top]=x;    for (int i=x;!isroot(i);i=pre[i])   //把该节点到根的所有节点入队         q[++top]=pre[i];   //pre[i]    while (top) push(q[top--]);   //全部push    for (int fa;!isroot(x);rotate(x))        if (!isroot(fa=pre[x]))             rotate(get(fa)==get(x)? fa:x);}void expose(int bh){    int t=0;    while (bh)    {        splay(bh);        ch[bh][1]=t;   //expose后节点的右儿子就没了         update(bh);   //产生了一个新儿子，所以需要update         t=bh;        bh=pre[bh];    }}void makeroot(int bh){    expose(bh);    splay(bh);    rev[bh]^=1;   //把x换到根上，那么ta以上的节点深度互换 }void link(int x,int y){    makeroot(x);    pre[x]=y;    //x转到根上之后链接，这样牵扯到的节点较少 }void cut(int x,int y){    makeroot(x);    expose(y);    splay(y);    ch[y][0]=pre[x]=0;  }int find(int bh){    expose(bh);    splay(bh);    while (ch[bh][0]) bh=ch[bh][0];   //找到根节点     return bh;}int main(){    //两点连通性    if (find(x)==find(y)) printf("Yes\n");    //两点距离    makeroot(x);    expose(y);    splay(y);    printf("%d\n",size[ch[y][0]]);     //路径上的节点权值和    makeroot(x);    expose(y);    splay(y);    printf("%d\n",sum[y]);    //节点到根的距离    int ro=find(x);    makeroot(ro);    expose(x);    splay(x);    printf("%d\n",size[ch[x][0]]);    //更改节点值    makeroot(x);    v[x]=z;    update(x); }