• hdu 2853


    题目链接:http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=2853

    思路:

    因为我们要变动最小,所以对在原计划中的边要有一些特殊照顾,使得最优匹配时,尽量优先使用原计划的边,这样变化才能是最小的且不会影响原匹配。

    根据这个思想,我们可以把每条边的权值扩大k倍,k要大于n。然后对原计划的边都+1。精华全在这里。我们来详细说明一下。

    全部边都扩大了k倍,而且k比n大,这样,我们求出的最优匹配就是k倍的最大权值,只要除以k就可以得到最大权值。实现原计划的边加1,这样,在每次选择边时,这些变就 有了优势,就会优先选择这些边。假如原计划的h条边被选入了最优匹配中,这样,最优权值就是k倍的最大权值+k(原计划的每条边都+1)。但是k大于n的用意何在呢?我们发现假如原计划的边全部在匹配中,只会增加n,又n<k,所以除以k后不会影响最优匹配的最大权值之和,然后我们对k取余,就正好得到加入的原计划的边的个数。这时,我们只需要用总点数-加入的原计划的点数,就可以求得最小变动数了。

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     1 #include<iostream>
     2 const int MAXN=57;
     3 const int inf=10000000;
     4 using namespace std;
     5 int n,m;
     6 int map[MAXN][MAXN];
     7 int match[MAXN];
     8 int lx[MAXN],ly[MAXN];
     9 bool visitx[MAXN],visity[MAXN];
    10 
    11 //匈牙利算法
    12 int Hungary(int u){
    13     visitx[u]=true;
    14     for(int i=1;i<=m;i++){
    15         if(!visity[i]&&lx[u]+ly[i]==map[u][i]){
    16             visity[i]=true;
    17             if(match[i]==-1||Hungary(match[i])){
    18                 match[i]=u;
    19                 return true;
    20             }
    21         }
    22     }
    23     return false;//没有找到增广轨(说明顶点x没有对应的匹配,与完备匹配(相等子图的完备匹配)不符)
    24 }
    25 
    26 
    27 void KM_prefect_match(){
    28     int tmp;
    29     memset(lx,0,sizeof(lx));//初始化顶标
    30     memset(ly,0,sizeof(ly));//ly[i]为0
    31     //lx[i]为权值最大边
    32     for(int i=1;i<=n;i++){
    33         for(int j=1;j<=m;j++){
    34             lx[i]=max(lx[i],map[i][j]);
    35         }
    36     }
    37     for(int i=1;i<=n;i++)
    38     {
    39         while(1){
    40             memset(visitx,false,sizeof(visitx));
    41             memset(visity,false,sizeof(visity));
    42             if(Hungary(i))//匹配成功
    43                 break;
    44             else {
    45                 tmp=inf;
    46                 for(int j=1;j<=n;j++)if(visitx[j]){     //x在交错树中
    47                     for(int k=1;k<=m;k++){       //y在交错树外      
    48                         if(!visity[k]&&tmp>lx[j]+ly[k]-map[j][k]){
    49                             tmp=lx[j]+ly[k]-map[j][k];
    50                         }
    51                     }
    52                 }
    53                 //更新顶标
    54                 for(int j=1;j<=n;j++){
    55                     if(visitx[j])
    56                         lx[j]-=tmp;
    57                 }
    58                 for(int k=1;k<=m;k++){
    59                     if(visity[k])
    60                         ly[k]+=tmp;
    61                 }
    62             }
    63         }
    64     }
    65 }
    66 
    67 
    68 int main(){
    69     while(~scanf("%d%d",&n,&m)){
    70         int ans=0,res=0;
    71         memset(match,-1,sizeof(match));
    72         memset(map,0,sizeof(map));
    73         for(int i=1;i<=n;i++){
    74             for(int j=1;j<=m;j++){
    75                 scanf("%d",&map[i][j]);
    76                 map[i][j]*=(n+1);
    77             }
    78         }
    79         for(int i=1;i<=n;i++){
    80             int x;
    81             scanf("%d",&x);
    82             res+=map[i][x];
    83             map[i][x]+=1;
    84         }
    85         KM_prefect_match();
    86         for(int i=1;i<=m;i++){
    87             ans+=map[match[i]][i];
    88         }
    89         printf("%d %d\n",n-ans%(n+1),ans/(n+1)-res/(n+1));
    90     }
    91     return 0;
    92 }

    【KM算法及其具体过程】
    (1)可行点标:每个点有一个标号,记lx[i]为X方点i的标号,ly[j]为Y方点j的标号。如果对于图中的任意边(i, j, W)都有lx[i]+ly[j]>=W,则这一组点标是可行的。特别地,对于lx[i]+ly[j]=W的边(i, j, W),称为可行边
    (2)KM算法的核心思想就是通过修改某些点的标号(但要满足点标始终是可行的),不断增加图中的可行边总数,直到图中存在仅由可行边组成的完全匹配为止,此时这个匹配一定是最佳的(因为由可行点标的的定义,图中的任意一个完全匹配,其边权总和均不大于所有点的标号之和,而仅由可行边组成的完全匹配的边权总和等于所有点的标号之和,故这个匹配是最佳的)。一开始,求出每个点的初始标号:lx[i]=max{e.W|e.x=i}(即每个X方点的初始标号为与这个X方点相关联的权值最大的边的权值),ly[j]=0(即每个Y方点的初始标号为0)。这个初始点标显然是可行的,并且,与任意一个X方点关联的边中至少有一条可行边
    (3)然后,从每个X方点开始DFS增广。DFS增广的过程与最大匹配的Hungary算法基本相同,只是要注意两点:一是只找可行边,二是要把搜索过程中遍历到的X方点全部记下来(可以用vst搞一下),以进行后面的修改;
    (4)增广的结果有两种:若成功(找到了增广轨),则该点增广完成,进入下一个点的增广。若失败(没有找到增广轨),则需要改变一些点的标号,使得图中可行边的数量增加。方法为:将所有在增广轨中(就是在增广过程中遍历到)的X方点的标号全部减去一个常数d,所有在增广轨中的Y方点的标号全部加上一个常数d,则对于图中的任意一条边(i, j, W)(i为X方点,j为Y方点):
    <1>i和j都在增广轨中:此时边(i, j)的(lx[i]+ly[j])值不变,也就是这条边的可行性不变(原来是可行边则现在仍是,原来不是则现在仍不是);
    <2>i在增广轨中而j不在:此时边(i, j)的(lx[i]+ly[j])的值减少了d,也就是原来这条边不是可行边(否则j就会被遍历到了),而现在可能是;
    <3>j在增广轨中而i不在:此时边(i, j)的(lx[i]+ly[j])的值增加了d,也就是原来这条边不是可行边(若这条边是可行边,则在遍历到j时会紧接着执行DFS(i),此时i就会被遍历到),现在仍不是;
    <4>i和j都不在增广轨中:此时边(i, j)的(lx[i]+ly[j])值不变,也就是这条边的可行性不变。
    这样,在进行了这一步修改操作后,图中原来的可行边仍可行,而原来不可行的边现在则可能变为可行边。那么d的值应取多少?显然,整个点标不能失去可行性,也就是对于上述的第<2>类边,其lx[i]+ly[j]>=W这一性质不能被改变,故取所有第<2>类边的(lx[i]+ly[j]-W)的最小值作为d值即可。这样一方面可以保证点标的可行性,另一方面,经过这一步后,图中至少会增加一条可行边。
    (5)修改后,继续对这个X方点DFS增广,若还失败则继续修改,直到成功为止;

    下面分析整个算法的时间复杂度:每次修改后,图中至少会增加一条可行边,故最多增广M次、修改M次就可以找到仅由可行边组成的完全匹配(除非图中不存在完全匹配,这个可以通过预处理得到),故整个算法的时间复杂度为O(M * (N + 一次修改点标的时间))。而一次修改点标的时间取决于计算d值的时间,如果暴力枚举计算,这一步的时间为O(M),优化:可以对每个Y方点设立一个slk值,表示在DFS增广过程中,所有搜到的与该Y方点关联的边的(lx+ly-W)的最小值(这样的边的X方点必然在增广轨中)。每次DFS增广前,将所有Y方点的slk值设为+∞,若增广失败,则取所有不在增广轨中的Y方点的slk值的最小值为d值。这样一次修改点标的时间降为O(N),总时间复杂度降为O(NM)。

    需要注意的一点是,在增广过程中需要记下每个X、Y方点是否被遍历到,即fx[i]、fy[j]。因此,在每次增广前(不是对每个X方点增广前)就要将所有fx和fy值清空。

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