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  • hdu 2448最短路+最佳匹配

     先说一说最佳匹配吧,最佳匹配本属于最大流。带权的二分图,要么求最小权的完全匹配,要么求最大权的完全匹配,具体化问题:分工问题如下:某公司有工作人员x1,x2,...,xn,他们去做工作y1,y2,...,yn,每人适合做其中的一项或几项工作,每个人做不同的工作的效益不一样,我们需要制定一个分工方案,使公司的总效益最大,这就是所谓最佳分配问题。

    这里我们就要用到一个算法叫Kuhn-Munkres算法

     (转)KM算法是通过给每个顶点一个标号(叫做顶标)来把求最大权匹配的问题转化为求完备匹配的问题的。设顶点Xi的顶标为A[i],顶点Yi的顶标为B [i],顶点XiYj之间的边权为w[i,j]。在算法执行过程中的任一时刻,对于任一条边(i,j)A[i]+B[j]>=w[i,j]始终 成立。KM算法的正确性基于以下定理: 
      若由二分图中所有满足A[i]+B[j]=w[i,j]的边(i,j)构成的子图(称做相等子图)有完备匹配,那么这个完备匹配就是二分图的最大权匹配。 
      这个定理是显然的。因为对于二分图的任意一个匹配,如果它包含于相等子图,那么它的边权和等于所有顶点的顶标和;如果它有的边不包含于相等子图,那么它的边权和小于所有顶点的顶标和。所以相等子图的完备匹配一定是二分图的最大权匹配。 
      初始时为了使A[i]+B[j]>=w[i,j]恒成立,令A[i]为所有与顶点Xi关联的边的最大权,B[j]=0。如果当前的相等子图没有完备匹配,就按下面的方法修改顶标以使扩大相等子图,直到相等子图具有完备匹配为止。 
      我们求当前相等子图的完备匹配失败了,是因为对于某个X顶点,我们找不到一条从它出发的交错路。这时我们获得了一棵交错树,它的叶子结点全部是X顶点。现在我们把交错树中X顶点的顶标全都减小某个值dY顶点的顶标全都增加同一个值d,那么我们会发现: 
    两端都在交错树中的边(i,j)A[i]+B[j]的值没有变化。也就是说,它原来属于相等子图,现在仍属于相等子图。 
    两端都不在交错树中的边(i,j)A[i]B[j]都没有变化。也就是说,它原来属于(或不属于)相等子图,现在仍属于(或不属于)相等子图。 
    X端不在交错树中,Y端在交错树中的边(i,j),它的A[i]+B[j]的值有所增大。它原来不属于相等子图,现在仍不属于相等子图。 
    X端在交错树中,Y端不在交错树中的边(i,j),它的A[i]+B[j]的值有所减小。也就说,它原来不属于相等子图,现在可能进入了相等子图,因而使相等子图得到了扩大。 
      现在的问题就是求d值了。为了使A[i]+B[j]>=w[i,j]始终成立,且至少有一条边进入相等子图,d应该等于min{A[i]+B[j]-w[i,j]|Xi在交错树中,Yi不在交错树中} 
      以上就是KM算法的基本思路。但是朴素的实现方法,时间复杂度为O(n4)——需要找O(n)次增广路,每次增广最多需要修改O(n)次顶 标,每次修改顶标时由于要枚举边来求d值,复杂度为O(n2)。实际上KM算法的复杂度是可以做到O(n3)的。我们给每个Y顶点一个松弛量函数 slack,每次开始找增广路时初始化为无穷大。在寻找增广路的过程中,检查边(i,j)时,如果它不在相等子图中,则让slack[j]变成原值与A [i]+B[j]-w[i,j]的较小值。这样,在修改顶标时,取所有不在交错树中的Y顶点的slack值中的最小值作为d值即可。但还要注意一点:修改 顶标后,要把所有的slack值都减去d

    也可以看看http://hi.baidu.com/lyc5305562/item/fbd2819a544350d81f4271ab

    hdu2448可以作为学习最佳匹配的入门题。

    题意:给定n个港口,m个矿点,有n条船,每个港口可以放一条船,因为矿点的人要坐船到最近的港口休息,船只能是从矿点到矿点,或是矿点到港口。

    思路:因为是n条船,n个港口,每个港口只放一条船,说明是完全匹配,又要路径最短,说明是最佳匹配,也说明要先求最短路,可以看出港口与港口之间是无向图,而港口与矿点之间是有向图。

    #include<iostream>
    using namespace std;
    const int N=309;
    const int inf=1<<28;
    int map[N][N];
    int lx[N],ly[N],fa[N],visx[N],visy[N],sta[N];
    int nx,ny,n,m;
    int Min[N][N];
    int pt[N];
    void floyd(int n)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            for(int j=1;j<=n;j++)
                Min[i][j]=map[i][j];
        }
            for(int k=1;k<=n;k++)
            {
                for(int i=1;i<=n;i++)
                    for(int j=1;j<=n;j++)
                        if(Min[i][j]>Min[i][k]+Min[k][j])
                            Min[i][j]=Min[i][k]+Min[k][j];
            }
    }
    void build()//建二分图
    {
        nx=ny=n;//因为船是n,港口是n
        int i,j;
        for( i=1;i<=n;i++)
            for(j=1;j<=n;j++)
            {
                map[i][j]=Min[pt[i]][j];//船所在的矿点,到任意一个港口的距离
                map[i][j]*=-1;//把图取反,求最小权
            }
    }
    int min_(int a,int b)
    {
        if(a<b)return a;
        return b;
    }
    bool find(int u)//匈牙利算法
    {
        visx[u]=1;
        for(int v=1;v<=ny;v++)
        {
            if(!visy[v])
            {
                int w=lx[u]+ly[v]-map[u][v];
                if(!w)
                {
                    visy[v]=1;
                    if(fa[v]==-1||find(fa[v]))
                    {
                        fa[v]=u;
                        return true;
                    }
                }else if(w<sta[v])//用这个数组可以降低复杂度
                    sta[v]=w;
                    
                    
            }
        }
        return false;
    }
    void KM()
    {
        int i,j;
        for(i=1;i<=nx;i++)
        {
            lx[i]=-1*inf;
            for(j=1;j<=ny;j++)
            {
                if(map[i][j]>lx[i])
                    lx[i]=map[i][j];//Ai把顶标初始最大权
            }
        }
        memset(ly,0,sizeof(ly));//Bi顶标初始0
        memset(fa,-1,sizeof(fa));
        for(i=1;i<=nx;i++)
        {
            for(j=0;j<=n+m;j++)
                sta[j]=inf;    
            while(1)
            {
                int d=inf;
                memset(visx,0,sizeof(visx));
                memset(visy,0,sizeof(visy));
                if(find(i)) break;
                for(j=1;j<=ny;j++)
                    if(!visy[j])
                        d=min_(sta[j],d);
                    for(j=1;j<=nx;j++)
                        if(visx[j])
                            lx[j]-=d;//所有访问过的Ai顶标减去最小值
                        for(j=1;j<=ny;j++)
                        {
                            if(visy[j])
                                ly[j]+=d;//所有访问过的Bi顶标加上最小值
                            sta[j]-=d;
                        }
            }
        }
    }
    int main()
    {
        int k,p,i,j,a,b,c;
        while(scanf("%d%d%d%d",&n,&m,&k,&p)!=EOF)
        {
            for(i=1;i<=n;i++)
            {
                scanf("%d",&pt[i]);
                pt[i]+=n;
            }
            for(i=0;i<=n+m;i++)
            {
                for(j=0;j<=n+m;j++)
                    map[i][j]=inf;
            }
            for(i=1;i<=k;i++)
            {
                scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);
                a+=n;
                b+=n;
                if(c<map[a][b])
                    map[a][b]=map[b][a]=c;
            }
            for(i=1;i<=p;i++)
            {
                scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);
                b+=n;
                if(c<map[b][a])
                    map[b][a]=c;
            }
            floyd(n+m);
            build();
            KM();
            int sum=0;
            for(i=1;i<=nx;i++)
            {
                if(fa[i]!=-1)
                {
                    sum+=-1*map[fa[i]][i];//最后要把最小权取反
                }
            }
            printf("%d
    ",sum);
            
        }
        return 0;
    }
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