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  • 「SOL」网络流flow (模拟赛)

    题面

    给定一张分层有向图,有 (n) 层,每层有 (m) 个点。只有从第 (i) 层的点连向第 (i + 1) 层的点的连边。

    (A(i,j)) 表示从第 (i) 层的某些点出发到第 (j) 层的某些点的点不相交路径集合的最大大小。求

    [sum_{i=1}^nsum_{j=i+1}^n A(i,j) ]

    其中,(nle 4 imes10^4,mle10)


    解析

    注意到 (m) 很小,于是首先有一个暴力状压的思路。(f(i,S)) 表示从第 (i) 层的 (S) 点集出发,要求这 (|S|) 条路径都能到达第 (j) 层,(j) 最大是多少。

    可以 DFS 出所有第 (i) 层和第 (i + 1) 层之间的转移,总复杂度 (mathcal{O}(2^{2m}n))。统计答案则可以记 (g(i,k))

    [g(i,k)=max_{|S|=k}f(i,S) ]

    (A(i, j) = k)(g(i, k) le j le g(i, k + 1))),可以快速统计答案。

    考虑这样 DP 的本质是什么。假如把原问题建网络流,只需要把每个点拆点限制流量,就相当于求两层之间的最大流。

    而状压 DP 反映的是这样一个结论:从第 (i) 层出发,可以在任意位置结束,尽可能流到较大的层;在这样的前提下流最大流,则 (A(i,j)) 为流经第 (j) 层的流量。

    相当于一个费用流,两层之间费用为 (1)。(实际上也没有这样去实现代码,只是方便理解)

    考虑到这个流网络非常特殊,可以模拟流的过程。

    • 由于可以在任何位置结束,所以一定是满流的,只需要每次找到残留网络的最长路——即能够到达的最深的层
    • 可以直接 BFS,由于费用只和点的层数有关,所以一个点不需要多次更新,过程中维护点的访问标记。
    • 记录增广路的前驱,在找到层数最大的增广路后逆序还原增广路,更新残留网络。
    • 由于流网络分层,不可能从较大的层流向较小的层,于是将源点从第 (i) 层换到第 (i + 1) 层时,可以直接继承残留网络,删去 (i)(i + 1) 层之间的连边。

    最后就是时间复杂度的问题了。注意到假如在一次增广时,找到的增广路层数为 (p),则最多访问 (pk) 个点,每个点转移复杂度 (mathcal{O}(k)),则该次增广复杂度为 (mathcal{O}(pk^2))

    该次增广后,流网络的总流量增加 (mathcal{O}(p))(手动模拟一下,可以发现即使发生退流,由于我们取层数最大的增广路,退掉的流也会补回来,该次增广仍会使流网络总流量增加 (p)),而流网络总流量 (mathcal{O(nk)}),所以 (mathcal{O}(sum pk^2)=mathcal{nk^3})

    模拟细节见代码。


    源代码

    /* Lucky_Glass */
    #include <queue>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    #include <iostream>
    #include <algorithm>
    
    typedef long long llong;
    typedef std::pair<int, int> pii;
    
    int rin(int &r) {
      int c = getchar(); r = 0;
      while (c < '0' || '9' < c) c = getchar();
      while ('0' <= c && c <= '9') r = r * 10 + (c ^ '0'), c = getchar();
      return r;
    }
    
    const int N = 4e4 + 10, K = 10;
    
    int n, m, nw, tot_flw;
    int lnk[N << 1][K], lnk_i[N << 1][K], vis[N << 1];
    int elg2[(1 << K) + 10], flw_cnt[N];
    pii las_pnt[N << 1][K];
    
    void extend(const int &sx, const int &sy) {
      int ed_x = sx, ed_y = sy;
    
      int clear_vis_pos = sx;
      vis[sx] = 1 << sy;
      /* 此次增广经过的第 i 层点(防止环流?) */
      
      std::queue<pii> que;
      que.emplace(sx, sy);
      while (!que.empty()) {
        int ux = que.front().first, uy = que.front().second;
        que.pop();
        if ((ux & 1) && (ux >> 1) > (ed_x >> 1))
          ed_x = ux, ed_y = uy;
        /* 向下一层 */
        if (ux < nw) {
          if (clear_vis_pos == ux) vis[++clear_vis_pos] = 0;
          int rem = lnk[ux][uy] ^ (lnk[ux][uy] & vis[ux + 1]);
          while (rem) {
            int vy = elg2[rem & -rem];
            vis[ux + 1] |= 1 << vy;
            /* las_pnt 记录转移点,便于还原增广路 */
            las_pnt[ux + 1][vy] = std::make_pair(ux, uy);
            que.emplace(ux + 1, vy);
            rem ^= rem & -rem;
          }
        }
        /* 经过逆向边返回上一层,lnk_i 存储反向边 */
        if (ux > sx) {
          int rem = lnk_i[ux][uy] ^ (lnk_i[ux][uy] & vis[ux - 1]);
          while (rem) {
            int vy = elg2[rem & -rem];
            vis[ux - 1] |= 1 << vy;
            las_pnt[ux - 1][vy] = std::make_pair(ux, uy);
            que.emplace(ux - 1, vy);
            rem ^= rem & -rem;
          }
        }
      }
      /* 更新每一层的流量,更新答案 */
      for (int i = sx >> 1, lmt_i = ed_x >> 1; i <= lmt_i; ++i)
        ++flw_cnt[i], ++tot_flw;
      /* 还原增广路,更新残留网络 */
      while (ed_x != sx || ed_y != sy) {
        // printf("(%d, %d) <- ", ed_x, ed_y);
        int lasx = las_pnt[ed_x][ed_y].first,
            lasy = las_pnt[ed_x][ed_y].second;
        if (ed_x == lasx + 1) {
          lnk[lasx][lasy] ^= 1 << ed_y;
          lnk_i[ed_x][ed_y] ^= 1 << lasy;
        } else {
          lnk[ed_x][ed_y] ^= 1 << lasy;
          lnk_i[lasx][lasy] ^= 1 << ed_y;
        }
        ed_x = lasx, ed_y = lasy;
      }
      // printf("(%d, %d)
    ", sx, sy);
    }
    void init() {
      for (int i = 0; i <= K; ++i)
        elg2[1 << i] = i;
    }
    int main() {
      freopen("flow.in", "r", stdin);
      freopen("flow.out", "w", stdout);
      // freopen(".\input\input.in", "r", stdin);
      init();
      rin(n), rin(m);
      nw = (n << 1) - 1;
      for (int i = 1; i < nw; ++i)
        if (i & 1) {
          static char inp[K << 1];
          for (int j = 0; j < m; ++j) {
            scanf("%s", inp);
            for (int k = 0; k < m; ++k)
              lnk[i][j] |= (inp[k] ^ '0') << k;
          }
        } else {
          for (int j = 0; j < m; ++j)
            lnk[i][j] = 1 << j;
        }
    
      llong ans = 0;
      for (int i = 1; i < n; ++i) {
        for (int j = 0; j < m; ++j)
          extend(std::max(1, (i - 1) << 1), j);
        /*
         * 注意一定是从 (i - 1) << 1 开始
         * 通过 ((i - 1) << 1) -> (((i - 1) << 1) - 1) 是否有边
         * 限制每个点只能用一次
         * 因为第一层不存在访问多次,可以直接从 1 开始跑
         */
        ans += (tot_flw -= flw_cnt[i - 1]);
      }
      printf("%lld
    ", ans);
      return 0;
    }
    

    THE END

    Thanks for reading!

    扬起远航的帆
    谁在轻声呼唤
    萦绕在耳畔
    到达心的彼岸
    一切宛如梦幻
    又归于平淡

    ——《巫山云》By Snapmod / 诗岸

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