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BZOJ1001狼抓兔子(平面圖最小割)

題目大意:給一個n*m的網格圖,表示一個地圖。起點(1,1),終點(n,m)。每條邊上有一個權值,表示該路徑上的兔流量。現在一些兔子從起點沿著邊跑到終點。然後有一些大灰狼要抓這些兔子。一隻狼能抓一隻兔子。現在狼王想知道至少要派多少狼能堵住兔子的路。

題目分析:很裸的最小割問題。條件反射最大流搞之。但是這題的資料量是10M。n,m也比較大。硬上了一個最大流果然掛了。

這題的n,m範圍是1000。這個網格圖有n*m個點,有n*(m - 1) + m * (n - 1) + (n - 1) * (m - 1)條邊。再加上網路流的複雜度O(n^2m),如果直接建圖硬跑的話,複雜度最壞會達到O(n^3m^3),顯然無法接受。

正確做法是先求給定網格圖的對偶圖,然後在對偶圖上跑最大流,將最小割問題轉化為最短路問題。好巧妙。具體可以戳這裡。這篇論文講的很詳細。

具體做法是:

在給定的s-t平面圖中,s到t連一條邊,然後對這張圖建對偶圖。對偶圖也比較好建:對於原圖的每個面抽象出一個點,對於原圖的每一條邊,這條邊相鄰的2個面的點連邊,邊權為這條原圖中邊的權值。對原圖的s-t加了 一條邊,那麼就相應的多了一個面,這個面抽象出新的點s',最外面的無介面抽象出點t',這樣建好對偶圖後我們會發現,對偶圖中從s'到t'的任何一條路徑都會將原圖中的s和t分成2部分。即對偶圖中s'到t'的任何一條路徑都是原圖的一個割,那麼在對偶圖中找的那條最短路便是原圖的最小割!這個真是太巧妙了!!

再分析一下這種做法的複雜度:

首先對於改造後的原圖:

點的數量:n*m

面的數量:2*(n - 1) * (m - 1) + 2

邊的數量:n*(m - 1) + m * (n - 1) + (n - 1) * (m - 1) + 1

是滿足尤拉定理的。

那麼相應的對偶圖:

點的數量:2*(n - 1) * (m - 1) + 2 = O(n*m)

面的數量:n*m

邊的數量:n*(m - 1) + m * (n - 1) + (n - 1) * (m - 1) + 1 = 3*m*n - 2*(m+n) + 2

那麼新圖中跑最短路的話,如果用裸dijkstra,時間複雜度就降到了O(n^2m^2),還是比較大,不過已經優化很明顯了。

spfa的話複雜度O(km*n),k為常數。

如果是dijkstra+heap的話,複雜度O(n*m*log(n*m)),已經很優秀了。

我是直接跑的spfa:)

好像很慢的樣子,改天試試dijkstra+heap吧。。。

詳情請見程式碼:

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int N = 1003;
const int M = 2000005;
const int inf = 0x3f3f3f3f;
int head[M];
struct node
{
    int to,next,val;
}g[M + M];
int m,n,nm,num;
int dis[M],que[M];
bool flag[M];
void add(int s,int e,int v)
{
    g[num].to = e;
    g[num].val = v;
    g[num].next = head[s];
    head[s] = num ++;
}
int nextint()
{
    int ret;
    char c;
    while((c = getchar()) > '9' || c < '0')
        ;
    ret = c - '0';
    while((c = getchar()) >= '0' && c <= '9')
        ret = ret * 10 + c - '0';
    return ret;
}
void build()
{
    scanf("%d",&m);
    nm = (n * m - m - n + 1)<<1;//there are nm nodes in new graph except s and t;
    int i,j,tmp;
    memset(head,-1,sizeof(head));
    num = 0;

    for(j = 1;j < m;j ++)//
    {
        scanf("%d",&tmp);
        add(j,nm + 1,tmp);
    }
    for(i = 1;i < n - 1;i ++)
    {
        for(j = 1;j < m;j ++)
        {
            scanf("%d",&tmp);
            add((i<<1)* (m - 1) + j,((i<<1) - 1) * (m - 1) + j,tmp);
        }
    }
    for(j = 1;j < m;j ++)
    {
        scanf("%d",&tmp);
        add(0,((n<<1)-3) * (m - 1) + j,tmp);
    }

    for(i = 0;i < n - 1;i ++)
    {
        for(j = 1;j <= m;j ++)
        {
            scanf("%d",&tmp);
            if(j == 1)
                add(0,(i<<1)*(m - 1) + m,tmp);
            else if(j == m)
                    add((i<<1|1)*(m - 1),nm + 1,tmp);
                else
                    add((i<<1)*(m  - 1) + j - 1,(i<<1)*(m - 1) + j + m - 1,tmp);
        }
    }

    for(i = 0;i < n - 1;i ++)
    {
        for(j = 1;j < m;j ++)
        {
            scanf("%d",&tmp);
            add((i<<1|1)*(m - 1) + j,(i<<1)*(m - 1) + j,tmp);
        }
    }
}
void SPFA()
{
    int i,front,rear;
    memset(flag,false,sizeof(flag));
    memset(dis,0x3f,sizeof(dis));
    front = rear = dis[0] = 0;
    que[rear ++] = 0;
    flag[0] = true;
    while(front != rear)
    {
        int u = que[front ++];
        flag[u] = false;
        if(front == M)
            front = 0;
        for(int i = head[u];~i;i = g[i].next)
        {
            int v = g[i].to;
            if(dis[v] > dis[u] + g[i].val)
            {
                dis[v] = dis[u] + g[i].val;
                if(flag[v] == false)
                {
                    flag[v] = true;
                    que[rear ++] = v;
                    if(rear == M)
                        rear = 0;
                }
            }
        }
    }
}
void solve()
{
    SPFA();
    printf("%d\n",dis[nm + 1]);
}
int main()
{
    while(scanf("%d",&n) != EOF)
    {
        build();
        solve();
    }
    return 0;
}
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