• 最小路径覆盖问题【网络流24题】


    给定有向图G=(V,E)。设P 是G 的一个简单路(顶点不相交)的集合。如果V 中每个 顶点恰好在P 的一条路上,则称P是G 的一个路径覆盖。P 中路径可以从V 的任何一个顶 点开始,长度也是任意的,特别地,可以为0。G 的最小路径覆盖是G 的所含路径条数最少 的路径覆盖。 设计一个有效算法求一个有向无环图G 的最小路径覆盖。 提示:设V={1,2,... ,n},构造网络G1=(V1,E1)如下: 每条边的容量均为1。求网络G1的( x0 , y0 )最大流。 编程任务: 对于给定的有向无环图G,编程找出G的一个最小路径覆盖。


      看了题面,很多人还是不懂题意,什么是最小路径覆盖这是个问题。一共有N个点,M条有向边,我们想用其中的一串可以合并起来的有向边,譬如这样"1->2; 2->3; 3->4"合并一下,就是"1->4"并且把链上的所有的点都给遍历到了(1,2,3,4点都路过了)。我们要求的就是最少用几条边,可以把所有的点都给覆盖了。

      关于怎么建边呢,我们这么想,对于每条边,一开始我们一共有M条边,有N个点,我们每次把两条边合并的时候就会去减少一条最小路径覆盖,所以我们要求的就是最多可以合并多少条边。那么怎么合并边,是不是可以将边推到点的关系上去,因为每个点最多被经过一次,也就是被访问过一次。那么,我们是不是将点的关系表示出来就可以了?

      那么,在以有向无环图为基础的时候,我们把每个点拆开来,表示的是出发、达到的关系:点i拆成{ i, i' },那么,建立对全体的点:S->i 以及 i'->T,其余的点,如果有"u->v"这样的关系的时候,就建立" u->v' "这样的点,表示的是从u出发可以达到v,如果我们需要把这两个点缩成一个点的话,那么就可以减少一条边的需要,我们跑最大流,就是为了得到最多可以减少多少条边。

      建边:

    S -> i

    i' -> T

    u -> v'


    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <cmath>
    #include <string>
    #include <cstring>
    #include <algorithm>
    #include <limits>
    #include <vector>
    #include <stack>
    #include <queue>
    #include <set>
    #include <map>
    #define lowbit(x) ( x&(-x) )
    #define pi 3.141592653589793
    #define e 2.718281828459045
    #define INF 0x3f3f3f3f
    #define HalF (l + r)>>1
    #define lsn rt<<1
    #define rsn rt<<1|1
    #define Lson lsn, l, mid
    #define Rson rsn, mid+1, r
    #define QL Lson, ql, qr
    #define QR Rson, ql, qr
    #define myself rt, l, r
    namespace fastIO {
    #define BUF_SIZE 100000
        //fread -> read
        bool IOerror = 0;
        inline char nc() {
            static char buf[BUF_SIZE], *p1 = buf + BUF_SIZE, *pend = buf + BUF_SIZE;
            if(p1 == pend) {
                p1 = buf;
                pend = buf + fread(buf, 1, BUF_SIZE, stdin);
                if(pend == p1) {
                    IOerror = 1;
                    return -1;
                }
            }
            return *p1++;
        }
        inline bool blank(char ch) {
            return ch == ' ' || ch == '
    ' || ch == '
    ' || ch == '	';
        }
        inline void read(int &x) {
            char ch;
            while(blank(ch = nc()));
            if(IOerror) return;
            for(x = ch - '0'; (ch = nc()) >= '0' && ch <= '9'; x = x * 10 + ch - '0');
        }
    #undef BUF_SIZE
    };
    using namespace fastIO;
    using namespace std;
    typedef unsigned long long ull;
    typedef long long ll;
    const int maxN = 307, maxE = 1.5e4 + 7, S = 0;
    int N, M, head[maxN], cur[maxN], cnt, T, top[maxN], tot, indu[maxN];
    struct Eddge
    {
        int nex, to, flow;
        Eddge(int a=-1, int b=0, int c=0):nex(a), to(b), flow(c) {}
    }edge[maxE], path[maxN];
    inline void addEddge(int u, int v, int flow)
    {
        edge[cnt] = Eddge(head[u], v, flow);
        head[u] = cnt++;
    }
    inline void _add(int u, int v, int flow) { addEddge(u, v, flow); addEddge(v, u, 0); }
    int deep[maxN];
    queue<int> Q;
    bool bfs()
    {
        memset(deep, 0, sizeof(deep));  deep[S] = 1;    while(!Q.empty()) Q.pop();
        Q.push(S);
        while(!Q.empty())
        {
            int u = Q.front();  Q.pop();
            for(int i=head[u], v, f; ~i; i=edge[i].nex)
            {
                v = edge[i].to; f = edge[i].flow;
                if(f && !deep[v])
                {
                    deep[v] = deep[u] + 1;
                    Q.push(v);
                }
            }
        }
        return deep[T];
    }
    int dfs(int u, int dist)
    {
        if(u == T) return dist;
        for(int &i = cur[u], v, f; ~i; i=edge[i].nex)
        {
            v =  edge[i].to;    f = edge[i].flow;
            if(f && deep[v] == deep[u] + 1)
            {
                int di = dfs(v, min(f, dist));
                if(di)
                {
                    edge[i].flow -= di;
                    edge[i^1].flow += di;
                    return di;
                }
            }
        }
        return 0;
    }
    int Dinic()
    {
        int ans = 0, tmp;
        while(bfs())
        {
            for(int i=S; i<=T; i++) cur[i] = head[i];
            while((tmp = dfs(S, INF))) ans += tmp;
        }
        return ans;
    }
    inline void addPath(int u, int v)
    {
        path[tot] = Eddge(top[u], v);
        top[u] = tot++;
    }
    inline void serch(int u)
    {
        printf("%d ", u);
        for(int i=top[u], v; ~i; i=path[i].nex)
        {
            v = path[i].to;
            serch(v);
        }
    }
    inline void solve()
    {
        for(int u=1; u<=N; u++)
        {
            for(int i=head[u], v, f; ~i; i=edge[i].nex)
            {
                v = edge[i].to; f = edge[i^1].flow;
                if(v > N && f)
                {
                    addPath(u, v - N);
                    indu[v - N]++;
                }
            }
        }
        for(int i=1; i<=N; i++) if(!indu[i]) { serch(i); printf("
    "); }
    }
    inline void init()
    {
        cnt = tot = 0;    T = (N << 1) + 1;
        for(int i=S; i<=T; i++) head[i] = top[i] = -1;
        for(int i=1; i<=N; i++) indu[i] = 0;
    }
    int main()
    {
        //scanf("%d%d", &N, &M);
        read(N); read(M);
        init();
        for(int i=1, u, v; i<=M; i++)
        {
            //scanf("%d%d", &u, &v);
            read(u);    read(v);
            _add(u, v + N, 1);
        }
        for(int i=1; i<=N; i++) { _add(S, i, 1); _add(i + N, T, 1); }
        int ans = N - Dinic();
        solve();
        printf("%d
    ", ans);
        return 0;
    }
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