给定一棵有根树,初始所有点都是白色。定义一个结点是好的,当且仅当它到根的路径上(包含端点)都是黑点,否则它是坏的。定义一次操作为,在坏点中均匀随机一个点并令其为黑点。
求使得所有点都是好点的期望操作次数。$2\leq n\leq 2\times 10^5$。
考虑一个问题:有 $n$ 个小球,每次操作均匀随机一个选择,直到所有小球都被选过至少一次,求期望操作次数。设 $f_i$ 表示已经有 $i$ 个被选过的小球时,再选到一个没被选过的小球的期望次数。则有 $f_i=1+\frac{i}{n}+(\frac{i}{n})^2+(\frac{i}{n})^3+\cdots=\frac{n}{n-i}$,则总次数的期望等于 $\sum_{i=0}^{n-1}f_i=n\sum_{i=1}^n \frac{1}{i}$。由于每颗小球等价,所以每颗小球被操作的期望次数就是 $\sum_{i=1}^n \frac{1}{i}$。
在本题中,把每个点到根的路径看成上面的问题,则每个点被操作的期望次数就是 $\sum_{i=1}^{dep} \frac 1i$。由期望的线性性,直接对每个点的期望次数求和。
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