poj1275(差分约束系统)

1.思路

  没什么好讲的,刘汝佳的书《算法艺术与信息学竞赛》讲得很好,不过对于初次接触差分约束系统的人来讲还是很费解,可以去参考《算法导论》,里面有很详细的约束图的构建过程。这里讲一下我的个人理解。s[i]为从0至i时刻雇佣的人数,t[i]为i时刻应聘的人数,r[i]为i至(i+1)%24时间段需要的最少人数,得出约束条件:

s[i]-s[i-1]>=0

s[i]-s[i-1]<=t[i]   〈==〉s[i-1]-s[i]>=-t[i]

s[i]-s[-1]>=sum

s[i]-s[j]>=r[i]   i>j,i=(j+8)mod24

s[i]-s[j]>=r[i]-sum    i<j,i=(j+8)mod24



i的范围应该是1~23,因为-1时刻是没有定义的,但是这样的话0时刻的约束s[0]>=0,s[0]<=t[0]就没有考虑在内,为了引入这两个约束条件我们设s[-1]=0,则s[0]=s[0]-s[-1]>=0,

s[0]-s[-1]<=t[0],因此可以把i的范围调整为0~23,这样可以避免对0时刻的特殊讨论!我们可以把-1作为一个参考点s,,23作为目标点t,我取-1为24,连接参考点至每一个点一条边,边权为0(因为每个点都有可能约束其它点),相当于给每个点赋了一个基础值d=0,个人觉得随便赋值多少都没关系。导论上也说了,若<x0,x1……xn-1>为约束系统的解,则<x0+d,x1+d,……xn-1 +d>也是系统的解,只不过我们这里是要求一个最少的人数因此取为d=0。最后从小到大枚举sum,求约束系统里单源s至其它点的最长路(因为这里取的都是大于关系,举一个最简单的例子a>=b同时对c约束,满足c>=a,c>=b,显然这时我们要取c>=a才能使c>=a,c>=b这两个条件都满足!相反的若取小于等于关系则是求单源最短路!导论上就是这样的。)若不存在正圈(通过走正圈约束永远无法得到全部满足)则有解退出,否则无解!

有个地方很费解:用SPFA()会错!

2.个人代码

#include<cstdio>
#include<iostream>

using namespace std;
//   freopen("data.in","r",stdin);

#include<algorithm>
#include<cstring>
#define N 30
#define INF 1000000000//!!
#define WT 8//!!
struct Graph
{
    int mat[N][N];
    int dis[N];
    int que[N],front,rear;
    bool vis[N];
    int in[N];
    int r[N],tt[N];
    int _V,s,t;
    void init()
    {
        _V=24;
        s=24,t=23;//!!24做为最短路的源点
        int u;
        for(u=0; u<=_V; u++)
        {
            for(int v=0; v<=_V; v++)
            {
                mat[u][v]=-INF;
            }
        }
        for(u=0; u<=_V; u++)mat[s][u]=0;
        memset(tt,0,sizeof(tt));
    }
    void input()
    {
        int i;
        for(i=0; i<_V; i++)scanf("%d",r+i);
        int n;
        cin>>n;
        for(i=0; i<n; i++)
        {
            int T;
            scanf("%d",&T);
            tt[T]++;
        }
    }
    void creatGraph()
    {
        init();
        input();
        int u;
        for(u=1; u<_V; u++)
        {
            int v=u-1;
            mat[v][u]=0;
            mat[u][v]=-tt[u];
        }
        mat[s][0]=0;
        mat[0][s]=-tt[0];//!!忘记加这个约束了,导致无限WA
        for(u=0; u<_V; u++)
        {
            int v=(u+WT)%_V;
            mat[u][v]=r[v];
        }
    }
    bool spfa()
    {
        fill(dis,dis+_V,-INF);
        dis[s]=0;
        memset(vis,0,sizeof(vis));
        memset(in,0,sizeof(in));
        front=rear=0;
        que[rear++]=s;
        vis[s]=true;
        in[s]++;
        while(front!=rear)
        {
            int u=que[front++];
            front%=N;
            vis[u]=false;
            for(int v=0; v<_V; v++)
            {
                if(mat[u][v]>-INF&&dis[v]<dis[u]+mat[u][v])
                {
                    dis[v]=dis[u]+mat[u][v];
                    if(!vis[v])
                    {
                        que[rear++]=v;
                        rear%=N;
                        vis[v]=true;
                        in[v]++;
                        if(in[v]>_V)return false;
                    }
                }
            }
        }
        return true;
    }
    void set()
    {
        for(int u=16; u<_V; u++)//!!
        {
            int v=(u+WT)%_V;
            mat[u][v]--;
        }
    }
    bool bellmanFord()
    {
        fill(dis,dis+_V,-INF);
        dis[s]=0;
        for(int k=1; k<_V; k++)
        {
            for(int u=0; u<=_V; u++)
            {
                for(int v=0; v<=_V; v++)
                {
                    if(mat[u][v]>-INF&&dis[v]<dis[u]+mat[u][v])
                    {
                        dis[v]=dis[u]+mat[u][v];
                    }
                }
            }
        }
        for(int u=0; u<=_V; u++)
        {
            for(int v=0; v<=_V; v++)
            {
                if(mat[u][v]>-INF&&dis[v]<dis[u]+mat[u][v])return false;
            }
        }
        return true;
    }
    bool SODC(int &cost)
    {
        int up=0;
        for(int i=0; i<_V; i++)up+=tt[i];
        for(int sum=1; sum<=up; sum++)
        {
            mat[s][t]=sum;
            set();
            if(bellmanFord())
            {
                cost=sum;
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
} net;

int main()
{
//   freopen("data.in","r",stdin);
    int Case;
    cin>>Case;
    while(Case--)
    {
        net.creatGraph();

        int cost;
        if(net.SODC(cost))cout<<cost;
        else cout<<"No Solution";
        cout<<endl;
    }
    return 0;
}

3.黑书上的代码,很神!没有建约束图,直接操作s[]数组,它们之间的松弛的顺序关系始终没搞懂!颠倒就WA,本人表示很费解!求神牛解释!

#include <iostream>
using namespace std;
const int M = 25;
const int INF = 21000000;
int r[M]; //每小时需要的出纳员的数目
int t[M]; //每小时应征的申请者的数目
int s[M]; //0~i时刻雇用的出纳员的数目
int main(void)
{
    int ts;
    cin >> ts;
    while (ts--)
    {
        for (int i = 1; i <= 24; i++)
        {
            cin >> r[i];
            t[i] = 0;
        }
        int m, a;
        cin >> m;
        for (int i = 0; i < m; i++)
        {
            cin >> a;
            t[a+1]++;
        }
        int sum;
        for (sum = 0; sum <= m; sum++)   //枚举sum
        {
            s[0] = 0;
            for (int i = 1; i <= 24; i++)
                s[i] = INF;
            int count = 0;
            bool flag = 1;
            while (flag&&count < M)   //进行m-1松弛操作
            {
                flag = 0;
                count++;
                for (int i = 1; i <= 24; i++)
                    if (s[i] < s[i-1])
                    {
                        s[i-1] = s[i];
                        flag = 1;
                    }
                for (int i = 24; i > 0; i--)
                    if (s[i-1] + t[i] < s[i])
                    {
                        s[i] = s[i-1]+t[i];
                        flag = 1;
                    }
                if (s[24] - sum < s[0])
                {
                    s[0] = s[24] - sum;
                    flag = 1;
                }
                for (int i = 1; i <= 24; i++)
                {
                    if (i > 8 && s[i] < s[i-8] + r[i])
                    {
                        s[i-8] = s[i] - r[i];
                        flag = 1;
                    }
                    if (i <= 8 && s[i] < s[i+16] + r[i] - sum)
                    {
                        s[i+16] = s[i] - r[i] + sum;
                        flag = 1;
                    }
                }
            }
            if (count < M && s[24] >= sum)
                break;
        }
        if (sum > m)
            cout << "No Solution" << endl;
        else
            cout << sum << endl;
    }
    return 0;
}


3.二分枚举的话用下面这段代码(直接枚举141MS,黑书上的是47MS,二分枚举16MS)。

    void set(int mid,int sign)
    {
        for(int u=16; u<_V; u++)//!!
        {
            int v=(u+WT)%_V;
            mat[u][v]+=mid*sign;
        }
    }
    bool SODC(int &cost)
    {
        int right=0,left=1,mid;
        for(int i=0; i<_V; i++)right+=tt[i];

        while(true)
        {
            mid=(right+left)>>1;
            mat[s][t]=mid;
            set(mid,-1);
            if(bellmanFord())
            {
                if(left==right)
                {
                    cost=mid;
                    return true;
                }
                else right=mid;
            }
            else
            {
                if(left==right)return false;
                else left=mid+1;
            }
            set(mid,1);
        }
    }

4.拓展及补充

、若有重边该怎么取?

当然这个题目不会,可是如果改3小时的,如下面的案例:
1
3
1 0 0
1
1
从小到大枚举答案当ans=1时
G[2][1]有两个取值0和-1。这时该怎么取呢?或者这时差分约束已经不适应了?
我构的图源点s=3,目标点t=2
构出的图矩阵表示为
-inf   0    0   -inf
0    -inf   0   -inf
-inf  0/-1 -inf -inf
0      0    0     0


最后一行零表示源点到每一个的距离为0,-inf为不可达,自身与自身的不可达是为了spfa时不加判断语句v!=u。


二、还有我对从源点s至目标t的边的理解是dis[t]=ans>0在图中可能会构成正圈,也就是无解的状态,但是不加这条边的话,本来有正圈的(无解)会当成了无正圈(有解)输出!

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