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  • [学习笔记]2-SAT 问题

    (本文语言不通,细节省略较多,不适合初学者学习)

    解决一类简单的sat问题。

    每个变量有0/1两种取值,m个限制条件都可以转化成形如:若x为0/1则y为0/1等等(x可以等于y)

    具体:

    每个变量拆成i,i+n两个点,表示取0和取1

    对于x为0,y为1的情况,从x向y+n连接一条边,

    发现有逆命题:若y为0,则x一定为1,从y向x+n连接一条边。

    可以发现,这形成了一个有向图。

    可以tarjan

    无解的条件是:一个变量的i,i+n在同一个scc里。这样这个变量不论取哪个值,都必须取另外一个值。

    至于怎么输出方案?

    方法一:

    tarjan启发缩点。同一个scc一个值确定,其他的值就都确定了。

    现在是DAG,就要拓扑咯。

    如果正常拓扑的话,入度为0的点,出度影响的是一大片。随便赋值很可能就错了。

    0出度点比较温顺,不会影响别人的取值。

    就建一个反向DAG。然后拓扑

    自底向上,不断选择零出度点。

    具体流程:

    c[i]表示i属于的scc

    2-SAT点的对称的,边的连法也是对称的,所以其实一个scc也是对称的。设opp[c[i]]=c[i+n],opp[c[i+n]]=c[i]

    由于对称,对于一个scc中的任何点i,opp[c[i]]都是c[i+n]。

    val[2*n]表示scc的赋值。

    初始-1

    1.队列开始的scc,编号k

    如果val[k]=-1,则val[k]=0,val[opp[k]]=1 (前提条件:i是0,i+n是1)

    val[k]=0表示选择这个scc的赋值可以取到自己。

    否则跳过。

    2.topo结束后,for(i=1,i<=n,i++)

    如果val[c[i]]=0,表示,c[i]可以取到。那么i的值就是0

    如果val[c[i]]=1,表示,我们先topo到了val[c[i+n]],val[c[i+n]]=0,可以取。0就不可取了。

    合并一下,恰好,i的实际值就是val[c[i]]

    正确性:

    一个链其实是一个块,证明时可以分别考虑。
    因为图是对称的,根据bfs性质,如果先推到i,一定i+n会在i后面才推到。所以,其实整个链是连续的scc都取自己,即val[k]=0的。不存在i的一个后继没有选上,却选上了的情况

    所以,

    1.如果不存在一个i,满足i,i+n都在链上,一个链上的scc其实是同时取或者同时不取,一定满足条件。

    2.如果存在一个i,i+n都在链上。先访问到的会选择上。假设i指向i+n,由于反向建图,会先访问i+n,变量i会赋值为1,代表0的i点没有选择自己,条件的假设本身就不满足了。这显然合法。

    复杂度:线性。

    方法二:
    方法一好麻烦啊。还要缩点还要topo

    发现一个性质:

    tarjan本质是DFS

    最先赋值的是底层的scc

    本来就要自底向上topo,所以,干脆就把scc和opp[scc]的大小作为val好了。

    即,c[i]>opp[c[i]]的话,那么意味着,tarjan的时候,先dfs出opp[c[i]],对应topo中先把opp[c[i]]入队。

    (由于刚才说了,topo实际上把一条链上的scc都选择自己,或者都不选择自己,和dfs先搜完一个子树再回溯如出一辙。整个子树scc缩点之后就是一条链,这条链的scc值都比对称的链scc小。即先赋值。)

    所以,i就赋值为对面的1

    反之就是0

    发现,恰好,i的赋值就是c[i]>c[i+n]

    仔细想想,其实我已经证明了方法二和方法一本质是一致的。

    两者正确性的证明都是上面写的那个。

    (upda2019.4.3:

    这个证明和上面的不一样

    发现两条链不是简单对称,而是“DNA双螺旋结构!”

    也就是,反向对称的

    而且发现,对于一条链,后继一定比前驱的编号小

    不妨从1~n那排点考虑,所以,如果一个点被选择了,意味着c[i]<c[i+n]

    由于反向对称,而i的后继对应的是i+n的前驱,所以编号一定也更小,一定也会被选择上。

    所以正确。

    方法二显然简单。

    甚至不用缩点,tarjan完了,直接输出。

    模板:

    【模板】2-SAT 问题

    #include<bits/stdc++.h>
    #define numb (ch^'0')
    using namespace std;
    typedef long long ll;
    const int N=1e6+5;
    void rd(int &x){
        x=0;char ch;
        while(!isdigit(ch=getchar()));
        for(x=numb;isdigit(ch=getchar());x=(x<<1)+(x<<3)+numb);
    }
    int n,m;
    struct node{
        int nxt,to;
    }e[2*N];
    int hd[2*N],cnt;
    void add(int x,int y){
        e[++cnt].nxt=hd[x];
        e[cnt].to=y;
        hd[x]=cnt;
    }
    int sta[2*N],top;
    bool in[2*N];
    int c[2*N],scc;
    int dfn[2*N],low[2*N];
    int df;
    void tarjan(int x){
        //cout<<" x "<<x<<endl;
        dfn[x]=low[x]=++df;
        in[x]=1;
        sta[++top]=x;
        for(int i=hd[x];i;i=e[i].nxt){
            int y=e[i].to;
            //cout<<y<<endl;
            if(!dfn[y]){
                tarjan(y);low[x]=min(low[x],low[y]);
            }
            else if(in[y]) low[x]=min(low[x],dfn[y]);
        }
        if(dfn[x]==low[x]){
            scc++;int z;
            do{
                z=sta[top--];in[z]=0;c[z]=scc;
            }while(z!=x);
        }
    }
    int main(){
        rd(n);rd(m);
        int x,y,p,q;
        for(int i=1;i<=m;i++){
            rd(x),rd(p),rd(y),rd(q);
            add(x+(1-p)*n,y+q*n);
            add(y+(1-q)*n,x+p*n);
        }
        for(int i=1;i<=2*n;i++){
            if(!dfn[i]) tarjan(i); 
            top=0;
        }
        for(int i=1;i<=n;i++){
            if(c[i]==c[i+n]){
                printf("IMPOSSIBLE");return 0;
            }
        }
        printf("POSSIBLE
    ");
        for(int i=1;i<=n;i++){
            printf("%d ",c[i]>c[i+n]);
        }
        return 0;
    }
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