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  • 有向无环图的最小路径覆盖 二分图模型解题

      
      有向无环图中,路径覆盖就是在图中找一些路径,使之覆盖了图中的所有顶点,且任何一个顶点有且只有一条路径与之关联(如果把这些路径中的每条路径从它的起始点走到它的终点,那么恰好可以经过图中的每个顶点一次且仅一次)。
      最小路径覆盖就是找出最小的路径条数,使之成为原图的一个路径覆盖。

      公式:最小路径覆盖=(原图)顶点数-对应的二分图的最大匹配数

      我们通过例题来解释如何把DAG转换为二分图模型。

      HDU1151 Air Raid

      题目大意:在一个城镇,有n个路口,和m条单向路,而且这些路不会形成环。现在要弄一些伞兵去巡查这个城镇,伞兵只能沿着路的方向走,问最少需要多少伞兵才能把所有的路口搜一遍。

      从题目的描述中就能看出这是求最小路径覆盖。

    看第一组测试数据:

    4
    3
    3 4
    1 3
    2 3

    我们把每个点都拆成两个点,代表着这个点的出度,也有入度。那么拆点后一个点就变为了两个点x和x',所有的点就构成了X、Y两个集合。可以发现x是只能边的起点,x'边的终点,那么求最大匹配与原图求没有相交的路径数就变为一样的了。(为什么就变成一样的?)

     

    图片演示了如何转化为二分图模型。(图片哪来的?《图论及应用》,哈尔滨工业大学出版的)

    下面是代码:

     1 #include<iostream>
     2 #include<cstdio>
     3 #include<cstring>
     4 #include<algorithm>
     5 #include<queue>
     6 using namespace std;
     7 
     8 const int N=1005,INF=0x3f3f3f3f;
     9 int bmap[N][N],cx[N],cy[N],dx[N],dy[N];
    10 bool bmask[N];
    11 int nx,ny,dis,ans;
    12 bool searchpath()
    13 {
    14     queue<int> q;
    15     dis=INF;
    16     memset(dx,-1,sizeof(dx));
    17     memset(dy,-1,sizeof(dy));
    18     for(int i=1;i<=nx;i++)
    19     {
    20         if(cx[i]==-1){ q.push(i); dx[i]=0; }
    21         while(!q.empty())
    22         {
    23             int u=q.front(); q.pop();
    24             if(dx[u]>dis) break;
    25             for(int v=1;v<=ny;v++)
    26             {
    27                 if(bmap[u][v]&&dy[v]==-1)
    28                 {
    29                     dy[v]= dx[u] + 1;
    30                     if(cy[v]==-1) dis=dy[v];
    31                     else
    32                     {
    33                         dx[cy[v]]= dy[v]+1;
    34                         q.push(cy[v]);
    35                     }
    36                 }
    37             }
    38         }
    39     }
    40     return dis!=INF;
    41 }
    42 int findpath(int u)
    43 {
    44     for(int v=1;v<=ny;v++)
    45     {
    46         if(!bmask[v]&&bmap[u][v]&&dy[v]==dx[u]+1)
    47         {
    48             bmask[v]=1;
    49             if(cy[v]!=-1&&dy[v]==dis) continue;
    50             if(cy[v]==-1||findpath(cy[v]))
    51             {
    52                 cy[v]=u; cx[u]=v;
    53                 return 1;
    54             }
    55         }
    56     }
    57     return 0;
    58 }
    59 void maxmatch()
    60 {
    61     ans=0;
    62     memset(cx,-1,sizeof(cx));
    63     memset(cy,-1,sizeof(cy));
    64     while(searchpath())
    65     {
    66         memset(bmask,0,sizeof(bmask));
    67         for(int i=1;i<=nx;i++)
    68             if(cx[i]==-1) ans+=findpath(i);
    69     }
    70 }
    71 void init()
    72 {
    73     memset(bmap,0,sizeof(bmap));
    74 }
    75 int main()
    76 {
    77     //freopen("test.txt","r",stdin);
    78     int n,m,i,j,k,cas;
    79     scanf("%d",&cas);
    80     while(cas--)
    81     {
    82         scanf("%d%d",&n,&m);
    83         init();
    84         while(m--)
    85         {
    86             scanf("%d%d",&i,&j);
    87             bmap[i][j]=1;
    88         }
    89         nx=ny=n;
    90         maxmatch();
    91         printf("%d
    ",n-ans);
    92     }
    93     return 0;
    94 }
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