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  • [SHOI2012]回家的路 最短路

    ~~~题面~~~

    题解:

    吐槽:找了好久的错,换了n种方法,重构一次代码,,,,

    最后发现,,,

     

     

    数组开小了,其实一开始尝试开大了数组,但唯独没有尝试开大手写队列的数组。。。。

    思路:

    有两种方法,这里都介绍一下吧,分别在时间复杂度和代码复杂度上各有优势。

    第一种:时间复杂度更优,代码复杂

    观察到转弯时需要多消耗1的费用,不转弯则不用。因此我们记录一个last表示这个点的最短路是从哪走来的。(其实就是记录路径)

    然后注意到A ---> C 与A ---> B ---> C是等效的,因此我们可以直接向最近的转折点连边。

    跑最短路即可。

    洛谷题解里面有一篇跟这个思路基本相同,但有些细节没有注意到,于是我发现了一组数据可以hack掉这篇题解。。。

    这种方法细节很多,下面来总结一下一些可能会陷入的误区(要注意的细节):

    1,重复元素的处理。

      有两种选择:去重 or 特判;

      由于去重无论在时间复杂度还是代码复杂度上都占劣势,这里选择特判,方法就是在spfa判断是否需要转折的时候加一句x 和 now必须不同就可以了

    2,last的统计

      last统计的应是当前找到的最短路径上节点u的上一个节点,这样就可以判断转折了。

      但我们注意到有这么一种情况,最短路可能有2条,而因为一个点只会向最近的两个点连边,所以一旦最短路超过一条,就代表当前找到的最小权值可以从两种方向不同的方案得到。

      也就意味了无论去往哪个方向,都有无需转折的方案。所以一旦我们找到一条长度与当前路径相同的路径,且转移点不与被转移点相同(x != now),那么我们可以判定这个点不需要转折的费用。

      但这样就够了吗?这也是很容易陷入的一个误区。

      因为可能有这样一种情况:

      出现了这么一个点,到达它的最短路径有2条,即符合无需转折的条件,但是找到这两条最短路的时间不同,在找到第一条最短路并将其入队后,在找到第二条最短路前,

      它已经成功出队并且更新了一个必经节点(即正确答案所需节点),但由于需要转折,它给到达这个必经节点的路径长增加了1,但是实际上这个点是无需转折的,

      所以它给这个必经节点新增的1就是不需要的,于是我们就得到了一个比正确答案大1的答案(如果这种情况多次出现则可能不止相差1),这也是我认为的上面那篇题解会被hack的原因。

      那么如何解决这个问题呢?

      其实很简单,我们观察到之所以会出现这样的情况,是因为只有dis[x]被更新时才会将x加入队列以更新其他点,这在普通的spfa中当然是正确的,因为dis[x]不被更新,x当然无法找到更短的路来更新别人,

      但这里是不同的,因为它多了一个是否转折的影响,因此当这个条件被改变时,我们也应将其加入队列,因为它现在又有可能更新别人了。所以我们在找到第二条路径时也将其加入队列即可。

    3,点编号的记录问题

      当我码到一半的时候,,,发现直接用行列来计算的编号由于n很大,将会变得非常大,这时用数组肯定是存不下的,那怎么办呢?用map?

      其实不用,我们可以直接新建结构体,在记录一个节点的位置信息时,顺便记录id,然后在之后用到这个点的过程中,都直接用结构体储存相关信息(包括链式前向星)。

      于是我们就可以很方便的得知一个点的id了

      1 #include<bits/stdc++.h>
      2 using namespace std;
      3 #define R register int
      4 #define getchar() *o++
      5 #define AC 100100
      6 #define ac 502000
      7 #define inf 2139062143
      8 char READ[7000100], *o = READ;
      9 /*因为如果没有换乘站的话,是无法改变路线的,因此在没有换乘的情况下,
     10 如果不能一次性到达家,那就是进入了死胡同,,,,
     11 所以一开始先判断一下,如果不能一下到达家,那就必然要经过中转站,
     12 将同行同列且最近的中转站连边,因为中转只需要一秒,所以可以直接记录一个last,
     13 记录最近的路径是从哪里转移的,如果可以从两边转移,那么last记为0,
     14 因为要用到last[x]的情况只有用x更新别人一种,所以不用初始化last,在x更新别人之前它肯定会被别人更新,
     15 所以更新时判断,如果需要转弯,那么时间+1,否则就是板子。
     16 当然这样合法是建立在中转只需要一秒的情况下的,不然就要记录2个方向的情况了,
     17 但是n可以到20000, 这样的话编号不够用???用map???
     18 没事,,,直接存id就好了,不过跳着连边是无意义的,所以只能连最近的边*/
     19 int n, m, cnt;
     20 int dis[AC];
     21 int Next[ac], length[ac], Head[AC], tot;
     22 int head, tail;
     23 bool z[AC];
     24 struct node{
     25     int x, y, id;//直接把id和node绑在一起,就可以不用map了?
     26 }ss, tt, s[AC], q[ac], last[AC], date[ac];//error!!!队列啊啊啊啊啊啊
     27 
     28 inline int read()
     29 {
     30     int x = 0; char c = getchar();
     31     while(c > '9' || c < '0') c = getchar();
     32     while(c >= '0' && c <= '9') x = x * 10 + c -'0', c = getchar();
     33     return x;
     34 }
     35 
     36 bool operator == (node a, node b)
     37 {
     38     if(a.x == b.x && a.y == b.y) return true;
     39     else return false;
     40 }
     41 
     42 inline bool cmp(node a, node b)
     43 {
     44     if(a.x != b.x) return a.x < b.x;
     45     else return a.y < b.y;
     46 }
     47 
     48 inline bool cmp1(node a, node b)
     49 {
     50     if(a.y != b.y) return a.y < b.y;
     51     else return a.x < b.x;
     52 }
     53 
     54 inline void add(node f, node w, int S)
     55 {
     56     date[++tot] = w, Next[tot] = Head[f.id], length[tot]= S, Head[f.id] = tot;
     57     date[++tot] = f, Next[tot] = Head[w.id], length[tot]= S, Head[w.id] = tot;
     58     //printf("(%d, %d) ---> (%d, %d) : %d
    ", f.x, f.y, w.x, w.y, S);
     59 }
     60 
     61 void pre()
     62 {
     63     n = read(), m = read();
     64     cnt = m;
     65     for(R i = 1; i <= m; i++)
     66         s[i].x = read(), s[i].y = read();    
     67     ss.x = read(), ss.y = read(), tt.x = read(), tt.y = read();
     68     /*for(R i=1;i<=m;i++)//去重(可能和ss or tt重复)
     69         if(s[i] == ss || s[i] == tt)//还是直接就在这里处理干净吧,后面处理太麻烦
     70         {
     71             for(R j=i;j<cnt;j++) s[j] = s[j + 1];//类似与插排
     72             --cnt;
     73         }*///在spfa中加入判断之后就不用去重了
     74     ss.id = cnt + 1, tt.id = cnt + 2;
     75     if(ss.x == tt.x)
     76     {
     77         printf("%d
    ",abs(ss.y - tt.y) * 2);
     78         exit(0);
     79     }
     80     else if(ss.y == tt.y)
     81     {
     82         printf("%d
    ",abs(ss.x - tt.x) * 2);
     83         exit(0);
     84     }
     85     memset(dis, 127, sizeof(dis));
     86 }
     87 
     88 void spfa()
     89 {
     90     node x, now; int go;
     91     q[++tail] = ss, dis[ss.id] = 0, z[ss.id] = true;
     92     while(head < tail)
     93     {
     94         x = q[++head]; 
     95         z[x.id] = false;
     96         for(R i = Head[x.id]; i ; i = Next[i])
     97         {
     98             now = date[i];
     99             go = dis[x.id] + length[i];
    100             if(last[x.id].id && (x.x != now.x || x.y != now.y))//如果需要中转则时间+1,error要特别注意重复元素的处理,,,,重复元素可以看错距离为0的中转。。。
    101                 if((x.x == now.x && last[x.id].x != x.x) || (x.y == now.y && last[x.id].y != x.y)) ++go;    
    102             if(dis[now.id] > go)
    103             {
    104                 last[now.id] = x;//记录点
    105                 dis[now.id] = go;
    106                 if(!z[now.id])//error!!!只有没有进队列的才加入队列,不然会导致last统计错误
    107                 {//因为last统计的正确性正是基于如果一个点x被last[x]更新,那么下次last[x]更新它必然是因为找到了更优解(不然last[x]不会入队)
    108                     z[now.id] = true;//但没有这个判断就会导致没有找到更优解却还是二次进入,那么重复进入就会导致下方的else判断错误
    109                     q[++tail] = now;//(因为可能被2次更新,但一直没有轮到这个点)
    110                 }
    111             }
    112             else if(dis[now.id] == go && x.x != last[now.id].x && x.y != last[now.id].y) 
    113             {
    114                 last[now.id].id = 0;//如果相等的话则需要判断
    115                 if(!z[now.id])//error!!!相等也需要加入队列,因为本来可以双向到达而省去中转费的站,可能因为加入队列时机不对而错过
    116                 {
    117                     z[now.id] = true;
    118                     q[++tail] = now;
    119                 }
    120             }
    121         }
    122     }
    123     if(dis[tt.id] != inf) printf("%d
    ",dis[tt.id]);
    124     else printf("-1
    ");
    125 }
    126 
    127 void build()
    128 {//所以上放那种建图是错误的,,,,,,,特判ss和tt反而会错过一些东西
    129     for(R i = 1; i <= cnt; i++) s[i].id = i;//定好编号
    130     s[++cnt] = ss, s[++cnt] = tt;//直接将这两个点加进来岂不是更好,,,,
    131     sort(s + 1, s + cnt + 1, cmp);//先按x排序(注意上方的加入s和t要放在确定编号后,因为这两个点的编号是之前就确定了的)
    132     for(R i = 1; i <= cnt; i++)//因为连双向边,所以只要判断后面就可以了
    133         if(s[i].x == s[i+1].x) add(s[i], s[i+1], (s[i+1].y - s[i].y) * 2);
    134     sort(s + 1, s + cnt + 1, cmp1);//再按y排一次
    135     for(R i = 1; i <= cnt; i++)
    136         if(s[i].y == s[i+1].y) add(s[i], s[i+1], (s[i+1].x - s[i].x) * 2);
    137 }
    138 
    139 int main()
    140 {
    141   //  freopen("in.in","r",stdin);
    142     fread(READ, 7000000, 1, stdin);
    143     pre();
    144     build();
    145     spfa();
    146    //fclose(stdin);
    147     return 0;
    148 }
    View Code

    第二种:时间复杂度与空间复杂度稍大,但实现简单,细节很少,思路易懂

    1,建图方法:

      对于一个点,我们将与它同行or同列的所有点连边,边权为距离*2(题目要求) + 1(强制转折)

    2,为什么可以这样连边呢?

      因为可以观察到一个转折点如果不转折,那么实际上它是没有任何意义的,因此我们可以当做没有经过它,在图上表现为跳过它直接向那个要转折的点连边,

      由于不知道在哪个点转折,所以只要是同行or同列,每个点都要连边。

    3,最后直接跑最短路就可以了,注意一下因为终点也被强制转折了,所以我们输出的时候答案要-1.

      1 #include<bits/stdc++.h>
      2 using namespace std;
      3 #define R register int
      4 #define getchar() *o++
      5 #define AC 100100
      6 #define ac 1002000
      7 #define inf 2139062143
      8 char READ[7000100], *o = READ;
      9 /*因为如果没有换乘站的话,是无法改变路线的,因此在没有换乘的情况下,
     10 如果不能一次性到达家,那就是进入了死胡同,,,,
     11 所以一开始先判断一下,如果不能一下到达家,那就必然要经过中转站,
     12 将同行同列且最近的中转站连边,因为中转只需要一秒,所以可以直接记录一个last,
     13 记录最近的路径是从哪里转移的,如果可以从两边转移,那么last记为0,
     14 因为要用到last[x]的情况只有用x更新别人一种,所以不用初始化last,在x更新别人之前它肯定会被别人更新,
     15 所以更新时判断,如果需要转弯,那么时间+1,否则就是板子。
     16 当然这样合法是建立在中转只需要一秒的情况下的,不然就要记录2个方向的情况了,
     17 但是n可以到20000, 这样的话编号不够用???用map???
     18 没事,,,直接存id就好了,不过跳着连边是无意义的,所以只能连最近的边*/
     19 int n, m, cnt;
     20 int dis[AC];
     21 int Next[ac], length[ac], Head[AC], tot;
     22 int head, tail;
     23 bool z[AC];
     24 struct node{
     25     int x, y, id;//直接把id和node绑在一起,就可以不用map了?
     26 }ss, tt, s[AC], q[ac], last[AC], date[ac];
     27 
     28 inline int read()
     29 {
     30     int x = 0; char c = getchar();
     31     while(c > '9' || c < '0') c = getchar();
     32     while(c >= '0' && c <= '9') x = x * 10 + c -'0', c = getchar();
     33     return x;
     34 }
     35 
     36 bool operator == (node a, node b)
     37 {
     38     if(a.x == b.x && a.y == b.y) return true;
     39     else return false;
     40 }
     41 
     42 inline bool cmp(node a, node b)
     43 {
     44     if(a.x != b.x) return a.x < b.x;
     45     else return a.y < b.y;
     46 }
     47 
     48 inline bool cmp1(node a, node b)
     49 {
     50     if(a.y != b.y) return a.y < b.y;
     51     else return a.x < b.x;
     52 }
     53 
     54 inline void add(node f, node w, int S)
     55 {
     56     date[++tot] = w, Next[tot] = Head[f.id], length[tot]= S, Head[f.id] = tot;
     57     date[++tot] = f, Next[tot] = Head[w.id], length[tot]= S, Head[w.id] = tot;
     58     //printf("(%d, %d) ---> (%d, %d) : %d
    ", f.x, f.y, w.x, w.y, S);
     59 }
     60 
     61 void pre()
     62 {
     63     n = read(), m = read();
     64     cnt = m;
     65     for(R i = 1; i <= m; i++)
     66         s[i].x = read(), s[i].y = read();    
     67     ss.x = read(), ss.y = read(), tt.x = read(), tt.y = read();
     68     /*for(R i=1;i<=m;i++)//去重(可能和ss or tt重复)
     69         if(s[i] == ss || s[i] == tt)//还是直接就在这里处理干净吧,后面处理太麻烦
     70         {
     71             for(R j=i;j<cnt;j++) s[j] = s[j + 1];//类似与插排
     72             --cnt;
     73         }*///因为添加了去重的步骤,所以这里的去重也变得不必要了
     74         //在新的建图方式下,,,,,可以直接暴力跑,相当于在枚举那个点作为转折点了
     75     ss.id = cnt + 1, tt.id = cnt + 2;
     76     if(ss.x == tt.x)
     77     {
     78         printf("%d
    ",abs(ss.y - tt.y) * 2);
     79         exit(0);
     80     }
     81     else if(ss.y == tt.y)
     82     {
     83         printf("%d
    ",abs(ss.x - tt.x) * 2);
     84         exit(0);
     85     }
     86     memset(dis, 127, sizeof(dis));
     87 }
     88 
     89 void spfa()
     90 {
     91     node x, now; int go;
     92     q[++tail] = ss, dis[ss.id] = 0, z[ss.id] = true;
     93     while(head < tail)
     94     {
     95         x = q[++head]; 
     96         z[x.id] = false;
     97         for(R i = Head[x.id]; i ; i = Next[i])
     98         {
     99             now = date[i];
    100             go = dis[x.id] + length[i];
    101             if(dis[now.id] > go)
    102             {
    103                 last[now.id] = x;//记录点
    104                 dis[now.id] = go;
    105                 if(!z[now.id])//error!!!只有没有进队列的才加入队列,不然会导致last统计错误
    106                 {//因为last统计的正确性正是基于如果一个点x被last[x]更新,那么下次last[x]更新它必然是因为找到了更优解(不然last[x]不会入队)
    107                     z[now.id] = true;//但没有这个判断就会导致没有找到更优解却还是二次进入,那么重复进入就会导致下方的else判断错误
    108                     q[++tail] = now;//(因为可能被2次更新,但一直没有轮到这个点)
    109                 }
    110             }
    111         }
    112     }
    113     if(dis[tt.id] != inf) printf("%d
    ",dis[tt.id] - 1);//这里要-1,因为把这里当中转站的时候在这里也强制转折了一次
    114     else printf("-1
    ");
    115 }
    116 //可能我需要更加暴力的做法,,,
    117 //不再向最近的连边,而是向所有同列,同行的都连边。
    118 //因为一个转折点如果不转折的话,那就是无效的,于是在这种方法中它体现为,
    119 //直接跳过了这些点。连到了转折的那个点。
    120 //也就是说强制每个转折点都转折,而不转折的转折点就当做没有经过
    121 //这样虽然可能会多建很多边,但是可以保证正确性, 也不用在额外判断是否是转折点了
    122 //代码复杂度--。。。。。。
    123 void build()
    124 {//所以上放那种建图是错误的,,,,,,,特判ss和tt反而会错过一些东西
    125     for(R i = 1; i <= cnt; i++) s[i].id = i;//定好编号
    126     s[++cnt] = ss, s[++cnt] = tt;//直接将这两个点加进来岂不是更好,,,,
    127     sort(s + 1, s + cnt + 1, cmp);//先按x排序(注意上方的加入s和t要放在确定编号后,因为这两个点的编号是之前就确定了的)
    128     for(R i = 1; i <= cnt; i++)//因为连双向边,所以只要判断后面就可以了
    129     {
    130          int l = i + 1;
    131          while(s[i].x == s[l].x)
    132          {
    133              add(s[i], s[l], (s[l].y - s[i].y) * 2 + 1);
    134             ++l;
    135         }
    136     }
    137     sort(s + 1, s + cnt + 1, cmp1);//再按y排一次
    138     for(R i = 1; i <= cnt; i++)
    139     {
    140         int l = i + 1;
    141         while(s[i].y == s[l].y)
    142         {
    143             add(s[i], s[l], (s[l].x - s[i].x) * 2 + 1);
    144             ++l;
    145         }
    146     }
    147 }
    148 
    149 int main()
    150 {
    151    // freopen("in.in","r",stdin);
    152     fread(READ, 7000000, 1, stdin);
    153     pre();
    154     build();
    155     spfa();
    156     //fclose(stdin);
    157     return 0;
    158 }
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