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首先注意到这个问题事实上非常复杂(两棵树上博弈),基础的转化无效,于是考虑简化情形。
手玩很多样例可以发现,似乎很容易出现无限循环的情况,进一步地,有观察:
- 若第一棵树上存在相邻点 \(u, v\) 在第二棵树上距离 \(> 2\),那么只要走到 \(u, v\) 其中一个点先手一定存在策略能够无限循环下去。
显然走到哪个点是对称的,不妨假设走到 \(u\)。
那么先手可以在后手走到 \(u\) 在第二棵树上相邻点时移动到 \(v\),由于树上路径唯一,后手不可能在一次操作内移动到 \(v\)。
借此,我们将满足上述情形的点对称作关键点,它们的连边称作关键边。
注意到我们不需要考虑关键边(因为走了关键边必定在此之前走到了关键点),于是我们将关键边全部删去,第一棵树变为森林,此时问题转化为:
- 先手从 \(X\) 开始走,走到关键点赢,后手从 \(Y\) 开始追赶 \(X\) 碰到了后手赢(先手无法赢的时候尽可能最大化步数,后手尽可能最小化步数)。确定双方谁赢并且在后手赢的时候输出最大步数。
由于此时第一棵树上的连边在第二棵树上距离 \(\le 2\),因此考虑以第二棵树为主树将第一棵树在其上连虚边(这样方便观察)。
此时貌似仍然没有头绪,考虑 弱化问题:所有第一棵树上连边在第二棵树上距离 \(=1\)。
此时显然有如下观察(证明不难):
- 后手每次的最优策略一定是向先手方向移动。
- 先手的最优策略一定是走到一个不会在路径过程中被后手撞到的(最远)位置然后
乖乖等死,或找到一个不会在路径过程中被后手撞到的关键点(优先)。
对于后者,不难发现这些位置 \(u\) 满足:\(dis_{X, u} < dis_{Y, u}\)。
充分性显然,必要性可以考虑先手的最优策略。
那么找到满足上述条件点中 \(dis_{Y, u}\) 的最大值即可,答案就是其的两倍。
回到原问题,我们做类似的观察可以发现先手后手的最优策略与弱化问题一致!
我们容易证明:先手在与后手距离 \(\le 2\) 的时候最优策略是远离先手 / 不动(无路可走)。
因此可以证明先手的最优策略。
而后手的最优策略显然是先手最优策略下的答案上界。
因此只需要找到可行点的判定条件即可。
不难发现,此时一个点可行当且仅当:
- 其在第一棵树上的所有祖先(以 \(X\) 为根)\(u\)(包含其本身)满足:\(disA_{X, u} < disB_{Y, u}\)
充分性考虑归纳证明。
必要性容易通过先手在与后手距离 \(\le 2\) 的时的必胜策略证明(先手不会在 \(\ge\) 的位置继续向后手靠近)
于是直接找到上述的可行点判定先手是否赢 / 后手赢情况下的最多次数即可。
复杂度 \(\mathcal{O}(n \log n)\),瓶颈在于求树上两点距离,当然本题中只需要判定距离是否 \(\le 2\),于是可以容易优化至 \(\mathcal{O}(n)\),但没太大必要。