• 【BCC】冗余路径(做法 + 证明)


    传送门

    题意

    给定一个连通的无向图让你进行加边操作,要求每一对点之间都至少有两条相互分离的路径,求最小的加边数。

    两条路径相互分离,是指两条路径没有一条重合的道路。

    分析

    这意味着,从一个点到另一个点,不能够存在一条边满足:如果不经过这条边,这个点就到不了另一个点。

    换句话说,就是不能存在一条边,使得去掉这条边后图不连通,那么题目要求的就是:给连通的无向图加边,使得无向图没有桥(即变成边双连通分量),最小化加边数。

    做法

    因为边双连通分量本来就没有桥,所以我们考虑对整个图求一遍边双连通分量(使用 tarjan 算法),然后将边双连通分量缩为一个点考虑。那么缩完点后得到的图一定是一棵树(因为图中不可能存在环)。

    先给出结论:
    所加的边数至少为 (lceil frac{cnt}{2} ceil)(cnt) 为叶结点个数),而这恰好就是答案。

    证明

    下面,我们要证明的是:

    1. 加边数至少为 (lceil frac{cnt}{2} ceil)
    2. 连通的无向图(lceil frac{cnt}{2} ceil)(cnt) 为叶结点个数)条边即可保证所得的图为边双连通分量

    先证明 1:因为对于一个叶子节点 (t) ,如果把它与父节点相连的边割去会让它成为独立点,所以每个叶子节点都需要向其它点连一条边,因此加边数至少为 (lceil frac{cnt}{2} ceil)

    下证 2:
    当图的点数 (V)(2) 时,两个点都是叶节点,结论成立。

    考虑 (Vgeqslant 2) 的情况:

    我们一定可以找到一个度数大于 (1) 的点,我们将它作为根节点 (root) ,直观的构造方法是:
    叶子节点取 (lfloor frac{cnt}{2} floor) 个点与另外 (lfloor frac{cnt}{2} floor) 个一一相连,如果多出一个点则向根节点连接。

    因此,我们只需要考察 (V) 为偶数的情况,(V) 为奇数时多出来的一个点向根节点连接即可。

    但是这个构造方法是要满足一定的约束的,我们要证明在这个约束下仍保证这个构造方法可以实行。下面我们便说明这件事。

    根节点下有若干棵子树,设有 (n) 棵。
    image

    每个子树有若干个叶子节点,个数记为 (a_1,a_2...a_n) 。方便起见,我们排好了序((a_i leq a_{i+1}))。

    所谓约束,就是同一棵子树的叶节点之间不可以相连,因为即便是相连了, (root) 与该子树的边依然是,如果同一棵子树的叶节点之间存在连边,将次边去掉答案将更优。

    下证:不同的子树的叶节点之间连边一定可以得到最优解。

    (i,j) 棵子树间的叶节点连边,等价于 (a_i,a_j) 同时减去 (1) 。因此连边操作现在等价于:从数列 (a) 中选择两个数同时 (-1) 。(记为操作

    我们先证明:(sum_{i=1}^{n-1} a_igeq a_n) 时,一定能通过有限次上述操作使得最后的数列全部为 (0)

    构造方法:
    将左式 (a_i) 的最小值与 (a_n) 同时 (-1) ,如果左式最小值减为 (0) 了就移除,如果出现左式中的 (a_i > a_n) 的情况,就将二者调换,继续操作。

    最后,我们要证明的是:给出一个 (V > 2) 的树,一定存在一个点作为根,使得 子树叶节点树所对应的数列 (a) 满足 (sum_{i=1}^{n-1} a_igeq a_n):

    构造方法:任意选取一个度数不为 (1) 的点作为根,如果 (sum_{i=1}^{n-1} a_i< a_n) 我们就换根,让 (a_n) 所对应的子树的顶点作为根,直到对应的序列满足 (sum_{i=1}^{n-1} a_i< a_n) ,这一定是有解的。

    证毕。

    证明是我乱想出来的,有矛盾的地方请告诉我qwq。

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    
    const int N=5005, M=2e4+5;
    
    int n, m;
    
    struct node{
    	int to, next;
    }e[M];
    
    int h[N], tot;
    
    void add(int u, int v){
    	e[tot].to=v, e[tot].next=h[u], h[u]=tot++;
    }
    
    int dfn[N], low[N], ts;
    int stk[N], top;
    int id[N], bcc_cnt;
    bool is_bridge[N];
    
    void tarjan(int u, int from){  // 起始点和从前而来的边
    	dfn[u]=low[u]=++ts;
    	stk[++top]=u;
    
    	for(int i=h[u]; ~i; i=e[i].next){
    		int go=e[i].to;
    		if(!dfn[go]){
    			tarjan(go, i);
    			low[u]=min(low[u], low[go]);
    			if(dfn[u]<low[go]) is_bridge[i]=is_bridge[i^1]=true;
    		}
    		else if(i!=(from^1)) // 非反向边
    			low[u]=min(low[u], dfn[go]);
    	}
    	
    	if(dfn[u]==low[u]){
    		++bcc_cnt;
    		int y;
    		do{
    			y=stk[top--];
    			id[y]=bcc_cnt;
    		}while(y!=u);
    	}
    }
    
    int deg[N];
    
    int main(){
    	memset(h, -1, sizeof h);
    	cin>>n>>m;
    	
    	while(m--){
    		int u, v; cin>>u>>v;
    		add(u, v), add(v, u);
    	}
    	
    	tarjan(1, -1);
    	
    	for(int i=0; i<tot; i++) if(is_bridge[i]) deg[id[e[i].to]]++;
    	int cnt=0;
    	for(int i=1; i<=bcc_cnt; i++) if(deg[i]==1) cnt++;
    	cout<<(cnt+1)/2<<endl;
    	
    	return 0;
    }
    
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/Tenshi/p/14976647.html
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