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  • Dancing Links 小结 (因为之前丢了一次稿,未完待续)

    Dancing Links (DLX)是Knuth为了解决精确覆盖问题而提出的算法,很多搜索问题可以转化位精确覆盖问题从而使用Dancing Links解决(效率会比DFS高很多,因为里面常常蕴涵着意想不到的剪枝)

    信息学竞赛中的DLX的问题类似网络流,只需建图+贴版即可

    参考文献:

    1、DLX的原理:Knuth的论文:

    原版:http://arxiv.org/abs/cs/0011047

    翻译版:http://wenku.baidu.com/view/d8f13dc45fbfc77da269b126.html

    2、DLX在搜索中的应用(DLX应用于信息学竞赛的论文):http://bbs.whu.edu.cn/wForum/elite.php?file=%2Fgroups%2FGROUP_3%2FACM_ICPC%2Fnx08%2FD.08010000%2FM.1215524645.R0&ap=563

    首先介绍精确覆盖问题概念:

    精确覆盖:在一个全集$X$中若干子集的集合为$S$,精确覆盖是指,$S$的子集$S*$,满足$X$中的每一个元素在$S*$中 extbf{恰好}出现一次。

    即:给你一个0-1矩阵,选取若干行,使得选取的行组成的新矩阵的每一列有且仅有一个1

    关于DLX的原理这里就不详细介绍了,有兴趣了解者可以去阅读Knuth的论文

    DLX精确覆盖模板(From kuangbin):

     1 const int maxnode = 100010;
     2 const int maxr = 1010;
     3 const int maxc = 1010;
     4 struct DLX
     5 {
     6     int n, m, size;
     7     int U[maxnode], D[maxnode], R[maxnode], L[maxnode], Row[maxnode], Col[maxnode];
     8     int H[maxc], S[maxr];
     9     int ansd, ans[maxc];
    10     void init(int _n, int _m)
    11     {
    12         n = _n;
    13         m = _m;
    14         for (int i = 0; i <= m; i++)
    15         {
    16             S[i] = 0;
    17             U[i] = D[i] = i;
    18             L[i] = i - 1;
    19             R[i] = i + 1;
    20         }
    21         R[m] = 0; L[0] = m;
    22         size = m;
    23         for (int i = 1; i <= n; i++)
    24             H[i] = -1;
    25     }
    26     void Link(int r, int c)
    27     {
    28         ++S[Col[++size] = c];
    29         Row[size] = r;
    30         D[size] = D[c];
    31         U[D[c]] = size;
    32         U[size] = c;
    33         D[c] = size;
    34         if (H[r] < 0)H[r] = L[size] = R[size] = size;
    35         else
    36         {
    37             R[size] = R[H[r]];
    38             L[R[H[r]]] = size;
    39             L[size] = H[r];
    40             R[H[r]] = size;
    41         }
    42     }
    43     void remove(int c)
    44     {
    45         L[R[c]] = L[c]; R[L[c]] = R[c];
    46         for (int i = D[c]; i != c; i = D[i])
    47             for (int j = R[i]; j != i; j = R[j])
    48             {
    49                 U[D[j]] = U[j];
    50                 D[U[j]] = D[j];
    51                 --S[Col[j]];
    52             }
    53     }
    54     void resume(int c)
    55     {
    56         for (int i = U[c]; i != c; i = U[i])
    57             for (int j = L[i]; j != i; j = L[j])
    58                 ++S[Col[U[D[j]] = D[U[j]] = j]];
    59         L[R[c]] = R[L[c]] = c;
    60     }
    61     //d为递归深度
    62     bool Dance(int d)
    63     {
    64         if (R[0] == 0)
    65         {
    66             ansd = d;
    67             return true;
    68         }
    69         int c = R[0];
    70         for (int i = R[0]; i != 0; i = R[i])
    71             if (S[i] < S[c])
    72                 c = i;
    73         remove(c);
    74         for (int i = D[c]; i != c; i = D[i])
    75         {
    76             ans[d] = Row[i];
    77             for (int j = R[i]; j != i; j = R[j])remove(Col[j]);
    78             if (Dance(d + 1))return true;
    79             for (int j = L[i]; j != i; j = L[j])resume(Col[j]);
    80         }
    81         resume(c);
    82         return false;
    83     }
    84 };
    View Code

    PS:init函数初始化,0-1矩阵中为1的位置(i,j)用Link(i,j)添加约束,Dance函数为解决过程(bool表示能否完成),ansd为选取的数量,and[]为选取的行

    精确覆盖问题可以延伸为重复覆盖问题,定义如下:

    重复覆盖:在一个全集$X$中若干子集的集合为$S$,重复覆盖是指,$S$的子集$S*$,满足$X$中的每一个元素在$S*$中 extbf{至少}出现一次。

    即:给你一个0-1矩阵,选取若干行,使得选取的行组成的新矩阵的每一列至少有一个1

    DLX重复覆盖模板

     1 const int maxnode = 360000;
     2 const int maxc = 500;
     3 const int maxr = 500;
     4 const int inf = 0x3f3f3f3f;
     5 struct DLX
     6 {
     7     int L[maxnode], R[maxnode], D[maxnode], U[maxnode], C[maxnode];
     8     int S[maxc], H[maxr], size;
     9     int ans;
    10     ///不需要S域
    11     void Link(int r, int c)
    12     {
    13         S[c]++; C[size] = c;
    14         U[size] = U[c]; D[U[c]] = size;
    15         D[size] = c; U[c] = size;
    16         if (H[r] == -1) H[r] = L[size] = R[size] = size;
    17         else
    18         {
    19             L[size] = L[H[r]]; R[L[H[r]]] = size;
    20             R[size] = H[r]; L[H[r]] = size;
    21         }
    22         size++;
    23     }
    24     void remove(int c)
    25     {
    26         for (int i = D[c]; i != c; i = D[i])
    27             L[R[i]] = L[i], R[L[i]] = R[i];
    28     }
    29     void resume(int c)
    30     {
    31         for (int i = U[c]; i != c; i = U[i])
    32             L[R[i]] = R[L[i]] = i;
    33     }
    34     int h() ///用精确覆盖去估算剪枝
    35     {
    36         int ret = 0;
    37         bool vis[maxc];
    38         memset (vis, false, sizeof(vis));
    39         for (int i = R[0]; i; i = R[i])
    40         {
    41             if (vis[i])continue;
    42             ret++;
    43             vis[i] = true;
    44             for (int j = D[i]; j != i; j = D[j])
    45                 for (int k = R[j]; k != j; k = R[k])
    46                     vis[C[k]] = true;
    47         }
    48         return ret;
    49     }
    50     //根据具体问题选择限制搜索深度或直接求解。
    51     bool Dance(int k)
    52     {
    53         if (k + h() >= ans) return 0;
    54         if (!R[0])
    55         {
    56             if (k < ans)ans = k;
    57             return 1;
    58         }
    59         int c = R[0];
    60         for (int i = R[0]; i; i = R[i])
    61             if (S[i] < S[c])c = i;
    62         for (int i = D[c]; i != c; i = D[i])
    63         {
    64             remove(i);
    65             for (int j = R[i]; j != i; j = R[j])
    66                 remove(j);
    67             Dance(k + 1);
    68             for (int j = L[i]; j != i; j = L[j])
    69                 resume(j);
    70             resume(i);
    71         }
    72         return 0;
    73     }
    74     void initL(int x) ///col is 1~x,row start from 1
    75     {
    76         for (int i = 0; i <= x; ++i)
    77         {
    78             S[i] = 0;
    79             D[i] = U[i] = i;
    80             L[i + 1] = i; R[i] = i + 1;
    81         }///对列表头初始化
    82         R[x] = 0;
    83         size = x + 1; ///真正的元素从m+1开始
    84         memset (H, -1, sizeof(H));
    85         ///mark每个位置的名字
    86     }
    87 };
    View Code

    输入:Link()
    输出:ans, bool Dance(int k)

    重点来了:如何建图?这里选取典型例题说明

    (因为之前丢了一次稿,未完待续)

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