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大致题意:
火星人侵略地球,他们意图登陆破坏某个地区的兵器工厂。据探子回报,火星人登陆的地区为n*m大小的地域,而且每一个火星人的着陆点坐标已知。
火星人很强悍,只要有一个火星人着陆后能够幸存,他必定能毁坏这片区域的全部兵工厂。为了防止这种情况发生,必须保证在火星人着陆的一瞬间把他们全部同时杀死。
现在防卫队有一个激光枪,开一枪就能把 在同一行(或同一列)着陆的火星人全部杀死。但是这种激光枪的使用是有代价的,把这种激光枪安装到不同行的行首、或者不同列的列首,费用都不同。现在已知把激光枪安装到任意位置的费用,总的花费为这些安装了激光枪的行列花费的乘积。
问怎样安装激光枪才能在杀死所有火星人的前提下费用最少?
解题思路:
Dinic算法求解最大流问题。
这题和POJ3041非常相似,但却并不是一回事。3041是要求开枪的次数最少破坏全部陨石,而本题是要求开枪的花费最少杀死全部火星人,由于在不同位置开枪的代价不同,因此“花费最小不一定就是开枪次数最少”,这个要注意。
本题的模型是显然是一个二分图,并且是二分图中直观的顶点覆盖问题。
首先说说“覆盖”的大致概念:图G的一个顶点覆盖是由一些顶点构成的集合Q∈V(G), 又G中有若干条边的集合P∈E(G),这些边均至少有一个端点在Q内,则P被Q顶点覆盖。
二分图中的顶点覆盖问题是,如果覆盖每个顶点需要付出不同的代价,也可以说是不同的花费,或称为点权(或为容量),那么问题可以描述成,在保证覆盖所有边的情况下,如何使得权和最小。
求二分图顶点覆盖问题,都是转化为最小割问题去求解,转化方法如下:
建超级源S 和超级汇 T,假设二分图两个点集分别为 X 和 Y。X和Y原来的边容量设为INF,将S到X里每个点x连一条边,边权为x的点权,也可以看做覆盖点x的所有出边的花费(W-),将Y里每个点y到T连一条边,边权为y的点权,也可以看做覆盖点y的所有入边的花费(W+)。这样求得最小割容量,即为原问题的解。
/************这是对这个转化方法的解释和证明,有兴趣的同学可以看看************/
X到Y的边权为INF,自然不会成为最小割中的边,那就只有可能是S到X和Y到T中的边,而:S到X中点x的边e1, 权为点x的点权,点x和Y中的所有临边e2,都需要受到e1的流量的限制,同样,X到Y中点y的所有边也会受到点y到T的容量限制。这样求得割就能保证覆盖掉所有的边。
我们可以用反证法证明一下:假设有边<x, y>没有被覆盖掉,则边<S, x>流量为0且边<y, T>流量为0,而<x, y>流量为INF,自然可以找到一条S到T的增流路径<S, x, y, T>,与以求得流为最大流相矛盾,则可以说明,在最大流的情况下,所有的边都已经被覆盖掉。
而最小割问题可以用最大流来解决,问题就变得简单了。
/****************************************************************************/
而我们又知道,图G的最小割的容量,等于其最大流的流量,因此本题最终是转化为最大流问题求解。(据我所知,还没有直接求最小割的算法)
下面说说本题的详细解题过程:
1、 构造二分图
构造方法按照上述把“顶点覆盖问题转化为最小割问题”的方法去处理:
显然取行坐标为二分图的X集合,编号为1~N,点权就是激光炮在第i行射一炮的费用ri;列坐标为二分图的Y集合,编号为N+1~N+M,点权就是激光炮在第j列射一炮的费用cj。
然后建立超级源S,编号为0,超级汇T,编号为N+M+1。S向X集合每个点都连一条正向弧,边容量为第i点的点权;Y集合每个点都向T连一条正向弧,边容量为第j点的点权。而落有伞兵火星人的区域,表示该位置的x与y是连通的,则从X集合取该点与Y集合的对应点连一条正向弧,边容量为无限大inf。
X集合每个点到S的反向弧、T到Y集合每个点的反向弧,落有火星人区域的y 到x的反向弧,也都要连上边(这是为了后续的Dinic算法在增广链上调整流量之用),但边容量默认为0,表示不连通。
2、 此时问题转化为最小割问题,因为图G的最小割的容量,等于其最大流的流量,因此用求最大流的方法去求解。
但本题数据比较BT,常规求最大流的方法(压入重标法)会TLE,因此只能用相对更高效的Dinic算法。循环:一次BFS对残余图分层,一次DFS在层次图上求一条增广链,调整最大流。不懂Dinic的同学建议先去查阅相关资料,边学边做吧!
注意:
1、 double精度的问题。
本题有一句这样的话:the total cost of constructing a system firing all guns simultaneously is equal to the product of their costs.
其中product不是“产品”的意思,而是“乘积”的意思,英语差的同学建议查字典。
因此为了方便求最大流,应该首先对所有费用(点权)求一次自然对数,把乘法转变为加法。最后再对累加的最小费用求一次exp,就是答案。
而自然对数log是double型的, double精度在15~16位左右,那么本题的无限大inf和最小精度eps的差距就不能超过15位,否则精度问题会把你WA成sb。
而又由于,eps要开到输出小数位数两倍的原则(本题要求取到4位小数),那么eps在本题中开到1e-8就是很有必要的一件事情,所以相应的inf最多只能开到1e8。(但其实呢,2倍原则一般针对带有乘除法的浮点型问题,所以本题只开到1e-5或者1e-6亦可)
但注意本题中的另一个性质,取对数,任何数字取对数log之后就会变得很小(别告诉我你不知道O(logN)的算法有多么快),所以这题的inf开的很小就好。(inf开到1e2都能过,说明poj还比较仁慈,没有添加什么超2^100的数据。)
2、 存储问题。
本题推荐用邻接链表存储,邻接矩阵不可能不超时的。还有,上面构图时已经提及过了,在把二分图构造为单源单汇网络流时,看似都是只有一个方向的有向边(正向弧),但其实反向弧也要用到的(Dinic算法),因此往链表添加边a->b时,若不顺便添加边b->a,必然会WA。
3、poj的C++ 和G++的问题。
对于双精度输出,G++上面要用%f,C++则用%lf,否则WA。
//Memory Time // 796K 47MS #include<iostream> #include<cmath> #include<queue> using namespace std; class Node { public: int id; class Node* next; Node():id(-1),next(0){} }; class solve { public: solve(int n,int m,int l):N(n),M(m),L(l) { Initial(); Input_Creat(); Dinic(); printf("%.4lf\n",exp(MinCost)); } ~solve() { delete[] level; for(int i=0;i<=T;i++) delete[] cap[i]; EmptyList(); } double min(double a,double b) const{return a<b?a:b;} double inf() const{return 1e8;} double eps() const{return 1e-8;} double precision(double x) const{return fabs(x)<eps()?0:x;} void Initial(void); //申请存储空间并初始化 void Input_Creat(void); //输入并创建单源单汇网络 void Dinic(void); //Dinic算法寻找最大流 bool BFS(void); //对剩余图标号分层 double DFS(int str,double flow); //搜索增广链,修正最大流 //str:搜索起点; flow:“关口点str”允许通过的最大流 void AddEdge(int a,int b); //向邻接链表加入双向弧a<->b (反向弧b->a容量默认为0) void DelLink(Node* p); //释放以p为表头的整条链 void EmptyList(void); //释放邻接链表 protected: int N; //行数(X点集) int M; //列数(Y点集) int L; //伞兵数量 int S; //超级源 int T; //超级汇 Node** LinkHead; //邻接链表表头 double** cap; //容量,在本题“费用”即“容量” int* level; //层次图上各顶点的标号 double MinCost; //最小总费用 }; void solve::Initial(void) { MinCost=0; S=0; T=N+M+1; LinkHead=new Node*[T+1]; for(int i=0;i<=T;i++) LinkHead[i]=0; cap=new double*[T+1]; for(int j=0;j<=T;j++) { cap[j]=new double[T+1]; memset(cap[j],0,sizeof(double)*(T+1)); //初始化所有弧的容量为0(不连通) } level=new int[T+1]; return; } void solve::Input_Creat(void) { /*Temporary*/ int i,j,k; double R_cost,C_cost; int x,y; /*输入行费用,构造超级源S到X点集的边*/ for(i=1;i<=N;i++) { scanf("%lf",&R_cost); cap[S][i]=log(R_cost); //正向弧容量,取对数,化乘为加 AddEdge(S,i); } /*输入列费用,构造Y点集到超级汇T的边*/ for(j=N+1;j<T;j++) { scanf("%lf",&C_cost); cap[j][T]=log(C_cost); //正向弧容量,取对数,化乘为加 AddEdge(j,T); } /*输入伞兵的坐标,构造X点集到Y点集的边*/ for(k=1;k<=L;k++) { scanf("%d %d",&x,&y); cap[x][y+N]=inf(); //正向弧容量 AddEdge(x,y+N); } return; } void solve::AddEdge(int a,int b) { /*正向弧部分*/ if(!LinkHead[a]) LinkHead[a]=new Node; Node* p1=LinkHead[a]->next; Node* pa=new Node; pa->id=b; pa->next=p1; LinkHead[a]->next=pa; /*反向弧部分*/ if(!LinkHead[b]) LinkHead[b]=new Node; Node* p2=LinkHead[b]->next; Node* pb=new Node; pb->id=a; pb->next=p2; LinkHead[b]->next=pb; return; } void solve::Dinic(void) { while(BFS()) MinCost+=DFS(S,inf()); return; } bool solve::BFS(void) { for(int i=S;i<=T;i++) level[i]=-1; queue<int>q; q.push(S); level[S]=0; while(!q.empty()) { int a=q.front(); if(LinkHead[a]) { for(Node* p=LinkHead[a]->next;p;p=p->next) { int b=p->id; if(level[b]==-1 && precision(cap[a][b])>0) { q.push(b); level[b]=level[a]+1; } } } q.pop(); } return level[T]!=-1; } double solve::DFS(int str,double flow) { if(str==T) return flow; //假设关口点str有多个分支 double SubFlow=0; //则SubFlow为前k个分支允许通过的最大流之和 //flow-SubFlow即为str能够给余下的分支所提供的最大流量之和 if(LinkHead[str]) { for(Node* p=LinkHead[str]->next;p;p=p->next) { int end=p->id; /*注意不能“跨层”搜索*/ if(level[end]==level[str]+1 && precision(cap[str][end])>0) { double AdjustFlow=DFS(end,min(flow-SubFlow,cap[str][end])); SubFlow+=AdjustFlow; cap[str][end]-=AdjustFlow; //正向弧容量修正 cap[end][str]+=AdjustFlow; //反向弧容量修正 } } } return SubFlow; } void solve::DelLink(Node* p) { if(p->next) p=p->next; delete[] p; return; } void solve::EmptyList(void) { for(int i=1;i<=N;i++) if(LinkHead[i]) DelLink(LinkHead[i]); return; } int main(void) { int test; scanf("%d",&test); for(int t=1;t<=test;t++) { int n,m,l; scanf("%d %d %d",&n,&m,&l); solve poj3308(n,m,l); } return 0; }