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  • PKU 3020 Antenna Placement(拆点+最小边覆盖)(最大匹配)

    题目大意:原题链接

    一个矩形中,有N个城市’*’,现在这n个城市都要覆盖无线,若放置一个基站,那么它至多可以覆盖相邻的两个城市。
    问至少放置多少个基站才能使得所有的城市都覆盖无线?

    提示:看清楚题目,'*'是城市,'o'是空地,椭圆的天线覆盖范围要覆盖的是城市'*',而不是覆盖空地

    解题思路:关键是建模构图

    每两个相邻的星号连一条边,很明显这是一道求二分图的最小边覆盖问题(注意不是最小点覆盖

    那么接下来需要确认的是,究竟是求 有向二分图的最小边覆盖,还是求 无向二分图的最小路覆盖

    因为有向和无向是截然不同的计算方法。

    要确认是构造有向图,还是构造无向图,那么就需要先根据题意,看看构造二分图时所使用的方式,更适合构造哪一种二分图。

    然后就进入了本题难点:如何构造二分图

    首先要明确的是,输入的一堆“圈圈星星”可以看做是一张大地图,地图上有所有城市的坐标,但是这里有一个误区:不能简单地把城市的两个x、y坐标作为准备构造的二分图的两个顶点集。

    城市才是要构造的二分图的顶点

    构造方法如下:

    例如输入:

    *oo

    ***

    o*o

    时,可以抽象为一个数字地图:

    100

    234

    050

    数字就是根据输入的城市次序作为该城市的编号,0代表该位置没有城市。

    然后根据题目的“范围”规则,从第一个城市开始,以自身作为中心城市,向四个方向的城市进行连线(覆盖)

    因此就能够得到边集:

    e12   e21     e32     e43    e53

            e23     e34

                      e35

    可以看到,这些边都是有向边,但是每一条边都有与其对应的一条相反边。

    任意两个城市(顶点)之间的边是成对出现的

    那么我们就可以确定下来,应该 构造无向二分图(其实无向=双向)

    因为若要构造有向的二分图时,需要判断已出现的边,是很麻烦的工作

    为了把有向图G构造为无向二分图,这里需要引入一个新名词“拆点”

    其实就是把原有向图G的每一个顶点都”拆分(我认为复制更准确)”为2个点,分别属于所要构造的二分图的两个顶点集

    例如在刚才的例子中抽出一条有向边e12举例说明:

    复制顶点1和顶点2,使得1,2∈V1;  1’,2’∈V2 ,不难发现|V1|=|V2|

    根据边e12和e21,得到无向二分图:


     

    那么同理就可以得到刚才的例子的 无向二分图为:


     

    再继而通过无向二分图,以V1的元素作为row,V2的元素作为col,构造 可达矩阵 存储到计算机

       1’  2’  3’  4’  5’

    1  F  T   F   F   F

    2  T  F   T   F   F

    3  F  T   F   T   T

    4  F  F   T   F   F

    5  F  F   T   F   F

    接下来就是要求这个 无向二分图的最小边覆盖 了

    利用公式:

    无向二分图的最小边覆盖 = 顶点数 – 最大二分匹配数/2

    顶点数:就是用于构造无向二分图的城市数,即进行“拆点”操作前的顶点数量

    最大二分匹配数之所以要除以2,是因为进行了“拆点”,在构图过程中,匹配是双向的,即<u,v> 和<v,u>都算匹配,因此匹配数多了1倍,因此除以2得到原图的真正的匹配数。

    最后剩下的问题就是求最大二分匹配数了,用匈牙利算法,这就不多说了,参考PKU3041的做法,基本一摸一样

    从这道题得出了一个结论

    当二分图的两个顶点子集基数相等时,该二分图所有顶点的匹配数 等于 任意一个顶点子集匹配数的2倍 

    #include<iostream>
    #include<cstring>
    #include<algorithm>
    #define maxn 410
    using namespace std;
    bool vis[maxn];
    char c[maxn][maxn];
    int tx,ty,g[maxn][maxn];
    int link[maxn],map[maxn][maxn];
    int dir[4][2]={0,1,0,-1,-1,0,1,0};//上下左右 
    bool Find(int x){
           for(int i=1;i<=ty;i++){//匹配右侧顶点集 
               if(g[x][i]&&!vis[i]){
                  vis[i]=true;
                  if(!link[i]||Find(link[i])){
                     link[i]=x;
                     return true;
                  }
               }
           }
       return false;
    }
    int maxMatch()
    {
           int ans=0;
           memset(link,0,sizeof(link));
           for(int i=1;i<=tx;i++){//枚举左侧顶点集 
            memset(vis,false,sizeof(vis));
            if(Find(i))
                ans++;
           } 
           return ans;
    }
    int main(){
        int T,m,n;
           cin>>T;
           while(T--){
               memset(g,0,sizeof(g));
               memset(c,0,sizeof(c));
               memset(map,0,sizeof(map));
             cin>>m>>n;
              int cnt=0;
              for(int i=1;i<=m;i++){
                for(int j=1;j<=n;j++){
                    cin>>c[i][j];
                     if(c[i][j]=='*')
                        map[i][j]=++cnt;
                }
              }
              tx=cnt,ty=cnt;
             for(int i=1;i<=m;i++){
                for(int j=1;j<=n;j++){
                    if(map[i][j]){
                        for(int k=0;k<4;k++){
                               int nx=i+dir[k][0];
                            int ny=j+dir[k][1];
                            if(nx<1||nx>m||ny<1||ny>n)
                                continue;
                            if(map[nx][ny])
                                g[map[i][j]][map[nx][ny]]=1;
                        }
                    }
                }
              }
              printf("%d
    ",cnt-maxMatch()/2);
           }
    }

    PS:之前一直想不通一点,为什么PKU3041可以直接用x,y坐标作边集。 

    PKU3041最后的图是对整行或者整列操作,拥有相同x坐标或y坐标的点看成了相同的,但这里是对单独的点操作,考虑它周围的点是否能连成边,再看能不能覆盖掉,这是不同的地方。 

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