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Prufer 序列小记

Prufer 序列,用于把一颗树双射到一个序列上,在有度数限制的树计数上很有用。

构造过程:每次去最小的叶子,将其父亲加入序列中,再删除这个点。直到只剩两个点,其中一个点肯定是 \(n\)(如果是有根树)。

直接一个堆是 \(\mathcal{O}(n \log n)\) 的,然后考虑如果父节点编号更小直接用父节点,否则从当前节点的编号 \(+1\) 开始找下一个叶子,显然是 \(\mathcal{O}(n)\) 的。

同理可以通过 Prufer 序列还原出树。

性质:每个点的度数 \(-1\) 为其在 Prufer 序列中出现的次数。

下面是几个应用:

  1. \(n\) 个点带标号无根树有 \(n^{n-2}\) 个,因为 Prufer 序列上每个值的范围都是 \([1, n]\)。于是完全图 \(K_n\) 的生成树个数为 \(n^{n-2}\)。对于有根树,枚举根方案数是 \(n\),于是个数为 \(n^{n-1}\)
  2. 给定 \(n\) 个点 \(m\) 条边的带标号无向图,有 \(k\) 个连通块,求添加 \(k - 1\) 条边使得图连通的方案数。
    把连通块看成点,其度数(连向其它连通块的边数)为 \(d_i\),节点个数为 \(s_i\),则向外连有 \(s_i ^ {d_i}\) 种方案(每条边都可以从任意一个点连出去),且边数是 \(\sum d_i = 2k - 2\),于是 \(\sum d_i - 1 = k - 2\),Prufer 序列的的数量是 \(\dbinom{k-2}{d_1 - 1, d_2 - 1, \dots, d_k - 1}\) 的。
    于是方案数为:

\[\sum\limits_{d_i \ge 1 \sum d_i = 2k-2}\dbinom{k-2}{d_1 - 1, d_2 - 1, \dots, d_k - 1} \times \prod s_i^{d_i} \]

\[=\sum\limits_{e_i \ge 0 \sum d_i = k-2}\dbinom{k-2}{e_1, e_2, \dots, e_k} \times \prod s_i^{e_i+1} \]

根据多元二项式定理:

\[=(\sum s_i)^{k - 2} \times \prod s_i \]

\[=n^{k - 2} \prod s_i \]

  1. \(n\) 个点环点数为 \(x\),且环已给定的基环树个数为 \(x\times n^{n-x-1}\),这是因为最后一个点只能选环上的点为父节点。

例题:P6086, P2290, P3673

http://www.jsqmd.com/news/135038/

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