题意分析

有一个 $n$ 个点，$n-1$ 条边的无向图，边权均为 $1$。

每个点隶属于一个集合，同一个集合的点可以互相传送。

给定 $m$ 个询问，求 $x,y$ 的最短距离。

最短路解法

步骤：

1. 建图。
2. 对于所有询问各跑一次最短路算法。

可选用的最短路算法：

• Spfa，单次时间复杂度 $O(n)\sim O(n^2)$，总时间复杂度 $O(n^2)\sim O(n^3)$。
• Dijkstra，单词时间复杂度 $O(n\log n)$，总时间复杂度 $O(n^2\log n)$。

01 BFS 解法

观察发现，本题仅存在边权为 $0$ 和 $1$ 的边，故上述最短路算法存在多余开销，我们考虑使用 BFS 算法进行求解，并使用 deque 进行维护。

进行扩展时，若是边权为 $0$ 的边，则放入队头，反之放入队尾。

最坏时，每条边均扩展 $n$ 个点，单次时间复杂度 $O(n^2)$，总时间复杂度 $O(n^3)$。

BFS 解法

样例如下：

我们用虚线表示同一个组别中的连线。

合并 $1,4$：

合并 $2,6$：

合并 $3,5$：

那么，在合并之后，当我们要算两个点之间的最短距离时，可以直接用 BFS 算法解决。

观察上图发现，因为组别内的点的边权为 $0$，所以我们可以将所有同一个组别的点进行合并，将点于点之间的最短路转换为组别于组别之间的最短路。

单词时间复杂度 $O(n)$，总时间复杂度 $O(n^2)$。

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <cstdio>
#include <queue>
#include <vector>

using namespace std;

const int N = 5e3 + 10, M = N * 4;

int n, m;
int h[N], e[M], w[M], ne[M], idx;
int belong[N];
vector<int> g[N];
int dist[N];
bool st[N];

void add(int a, int b, int c)
{
    e[idx] = b, w[idx] = c, ne[idx] = h[a], h[a] = idx ++;
}

void bfs(int u, int v)
{
    memset(dist, 0x3f, sizeof dist);
    memset(st, 0, sizeof st);
    dist[u] = 0;
    queue<int> q;
    q.push(u);
    
    while (q.size())
    {
        auto t = q.front();
        q.pop();
        
        for (int i = h[t]; ~i; i = ne[i] )
        {
            int j = e[i];
            if (dist[j] > dist[t] + w[i])
            {
                dist[j] = dist[t] + w[i];
                q.push(j);
            }
        }
    }
    
    cout << dist[v] << endl;
}

int main()
{
	ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(0);
    cout.tie(0);

    cin >> n >> m;
    
    memset(h, -1, sizeof h);
    
    for (int i = 1; i <= n; ++ i )
    {
        int x;
        cin >> x;
        belong[i] = x;
        g[x].push_back(i);
    }
    
    for (int i = 1; i < n; ++ i )
    {
        int a, b;
        cin >> a >> b;
        a = belong[a], b = belong[b];
        add(a, b, 1), add(b, a, 1);
    }
    
    while (m -- )
    {
        int a, b;
        cin >> a >> b;
        bfs(belong[a], belong[b]);
    }
    
    return 0;
}

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