题目:
不难看出题意主要是给出ml+md个格式为xi-xj<=ak的不等式,xi-xj为i,j俩头牛的距离,要我们求x1-xn的最大值。
经过上下加减我们可以将这几个不等式化成x1-xn<=a1+a2+a3+a4+....+ak,在这加减的过程中我们不难看到dijstra的身影,这加加减减的过程不正是松弛操作吗!
这时我们就得到了正解——差分约束算法,此算法主要用于处理差分约束系统:如果一个系统由n个变量和m个约束条件组成,形成m个形如ai-aj≤k的不等式(i,j∈[1,n],k为常数),则称其为差分约束系统。
结论:求解差分约束系统,都可以转化成图论的单源最短路径(或最长路径)问题。
关于差分约束与最短路模型的关系
我们观察上面例子中的不等式,都是x[i] - x[j] <= a[k],可以进行移项,成为x[i] <= x[j] + a[k],我们令a[k] = w(j, i),dis[i]=x[i],并使i=v,j=u,那么原始就变为:dis[u]+w(u,v)>=dis[v],于是可以联想到最短路模型中的一部分代码
if(dis[u]+w(u,v)<=dis[v]) { dis[v]=dis[u]+w(u,v); }
这不正与松弛操作相似吗?
但是好像不等号方向刚好相反,但其实这并不矛盾
上面的代码要实现的是使dis[u]+w(u,v)>dis[v],而对于不等式,我们进行建边的操作:对于每个不等式 x[i] - x[j] <= a[k],对结点 j 和 i 建立一条 j -> i的有向边,边权为a[k],求x[n-1] - x[0] 的最大值就是求 0 到n-1的最短路,两者刚好吻合。所以求解差分约束问题就转化为了最短路问题。
问题解的存在性
由于在求解最短路时会出现存在负环或者终点根本不可达的情况,在求解差分约束问题时同样存在
(1)存在负环
如果路径中出现负环,就表示最短路可以无限小,即不存在最短路,那么在不等式上的表现即X[n-1] - X[0] <= T中的T无限小,得出的结论就是 X[n-1] - X[0]的最大值不存在。在SPFA实现过程中体现为某一点的入队次数大于节点数。(貌似可以用sqrt(num_node)来代替减少运行时间)
(2)终点不可达
这种情况表明X[n-1]和X[0]之间没有约束关系,X[n-1] - X[0]的最大值无限大,即X[n-1]和X[0]的取值有无限多种。在代码实现过程中体现为dis[n-1]=INF。
参考的文章链接:https://blog.csdn.net/my_sunshine26/article/details/72849441
注意
1.因为本题中可能存在负权环(众所周知dijstra在碰到这个玩意时完全没有办法)所以我们需要用到SPFA
2.后md个不等式题目一开始给的是:xj-xi>=a 我们可以推出xi-xj<=-a(这在之后的建图处理中会用到)注意负权边。
3.题目所给的条件不一定是对的,所以我们需要跑两次SPFA判断图是不是联通的。(因为洛谷上有3个坑逼数据)
代码:
此为没有考虑条件不正确的情况的代码,70分(洛谷上),在联赛是应该是100分的
#include<bits/stdc++.h> using namespace std; #define INF 0x3f3f3f3f const int N=1005; const int M=40005; int n,ml,md; struct EDGE{ int next,to,w; }edge[M]; int head[N],tot; void add(int x,int y,int v){ edge[++tot].next=head[x]; edge[tot].to=y; edge[tot].w=v; head[x]=tot; } queue<int> q; int vis[N],dis[N],circle[N];//circle为指向tt的个数 void spfa(int s){ memset(dis,0x3f,sizeof(dis)); memset(vis,0,sizeof(vis)); memset(circle,0,sizeof(circle)); q.push(s); vis[s]=1,dis[s]=0; while(!q.empty()){ int now=q.front(); q.pop(); vis[now]=0; for(int i=head[now];i;i=edge[i].next){ int tt=edge[i].to; if(dis[now]+edge[i].w<dis[tt]){ dis[tt]=dis[now]+edge[i].w; circle[tt]=circle[now]+1; if(circle[tt]>=n){//指向tt的边超过n个自然是不满足条件的 puts("-1");exit(0); } if(!vis[tt]){ vis[tt]=1; q.push(tt); } } } } } int main(){ scanf("%d%d%d",&n,&ml,&md); for(int i=1;i<=ml;i++){ int a,b,d; scanf("%d%d%d",&a,&b,&d); add(a,b,d);//a-b<=d } for(int i=1;i<=md;i++){ int a,b,d; scanf("%d%d%d",&a,&b,&d); add(b,a,-d);//b-a>=d ==> a-b<=-d } spfa(1); if(dis[n]>1e8){puts("-2");return 0;} printf("%d",dis[n]); return 0; }
AC代码
#include<bits/stdc++.h> using namespace std; int n,ml,md,a,b,c,fst[10100],nex[50010],v[50010],w[50010],cnt,vis[10100],dis[10100],tim[10100]; queue<int> q; void add(int a,int b,int c) { nex[++cnt]=fst[a]; fst[a]=cnt; v[cnt]=b; w[cnt]=c; return ; } int spfa(int k) { memset(dis,0x7f/3,sizeof(dis)); memset(vis,0,sizeof(vis)); memset(tim,0,sizeof(tim)); q.push(k); dis[k]=0; vis[k]=1; while(!q.empty()) { int u=q.front(); //cout<<u<<" "; q.pop(); tim[u]++; vis[u]=0; if(tim[u]>n) return -1; for(int i=fst[u];i!=-1;i=nex[i]) { if(dis[v[i]]>dis[u]+w[i]) { dis[v[i]]=dis[u]+w[i]; if(!vis[v[i]]) { q.push(v[i]); vis[v[i]]=1; } } } } /*cout<<endl; for(int i=1;i<=n;i++) { cout<<dis[i]<<" "; }*/ if(dis[n]>1e8) return -2; return dis[n]; } int main() { memset(fst,-1,sizeof(fst)); cin>>n>>ml>>md; for(int i=1;i<=ml;i++) { scanf("%d%d%d",&a,&b,&c); add(a,b,c); } for(int i=1;i<=md;i++) { scanf("%d%d%d",&a,&b,&c); add(b,a,-c); } for(int i=1;i<n;i++) { add(i+1,i,0); } for(int i=1;i<=n;i++) { add(0,i,0); } int sp=spfa(0); if(sp<=-1) { cout<<sp; return 0; } else { cout<<spfa(1); } //cout<<" "<<sp; return 0; }
代码参考:https://www.luogu.org/blog/roy1994/solution-p4878 https://www.luogu.org/blog/mikasamikasa/solution-p4878