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  • 差分约束讲解,讨论不等式的最好方法是什么?


    这篇文章之所以这么短是因为本人没做多少题QAQ。

    例题

    题目链接

    【题意】
    给定 n 个区间 [ai,bi]和 n 个整数 ci。
    你需要构造一个整数集合 Z,使得∀i∈[1,n],Z 中满足ai≤x≤bi的整数 x 不少于 ci 个。
    求这样的整数集合 Z 最少包含多少个数。 
    【输入格式】
    第一行包含整数 n。
    接下来n行,每行包含三个整数ai,bi,ci。 
    【输出格式】
    输出一个整数表示结果。 
    【数据范围】
    1≤n≤50000,
    0≤ai,bi≤50000,
    1≤ci≤bi−ai+1
    【输入样例】
    5
    3 7 3
    8 10 3
    6 8 1
    1 3 1
    10 11 1
    【输出样例】
    6 
    

    题解

    这道题目,我们设(s_{i})(0-i)的数字个数,那么很明显的事情就是(s_{b_{i}}-s_{a_{i}-1}>=c_{i}),但是(a_{i}-1)可以小于零,那么我们就把(a,b)都加(2),使得下标从(1)起步。

    那么这道题目就是求(s_{max(b_{i})})的最小数字,因为(s_{1}=0),所以我们就是求(s_{n}-s_{1})(这种式子做法的理解方式在下个章节讲)的最小数字,当然这里还是采用(s_{max(b_{i})})的理解方式。

    那么知道了这个又怎么样呢?

    考虑一发SPFA,虽然毫无根据,但是就是觉得就是SPFA QMQ(其实如果看了下一个章节的不等式,你也许会更加理解为什么是SPFA了)。

    我们设第(i)个点的(dis)(s_{i}-s_{0})的最小值,其实(s_{0}=0),就是(s_{i})的最小值。

    但是在什么条件下迭代?

    然后我们化一化式子:(s_a-s_b>=c_1,s_{a}>=c_1+s_{b}),这个式子就特别像我们的SPFA最长路式子?就是吗,我们知道了(s_b)的最小值,就可以去更新一下(s_a)的最小值,当然是最长路了,不过建边方面我们还是需要建立一条由(a->b)的边,边权为(c_1),不然在哪跑SPFA。

    那么这道题目其实还有个隐藏条件,就是集合中每个数字最多只能有一个,那么我们又得到这样子的隐藏条件:(0<=s_{i}-s_{i-1}<=1),把这两个不等式一化:(s_{i}>=0+s_{i-1},s_{i-1}>=s_{i}-1),因为题目保证有解,跑一跑即可。

    //最长路 
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    #define  N  51000
    #define  M  110000
    using  namespace  std;
    struct  node
    {
    	int  y,next,c;
    }a[M];int  len,last[N];
    inline  void  ins(int  x,int  y,int  c){len++;a[len].y=y;a[len].c=c;a[len].next=last[x];last[x]=len;}
    struct  wen
    {
    	int  l,r,c;
    }tr[N];
    int  m,n;
    inline  int  mymax(int  x,int  y){return  x>y?x:y;}
    int  list[N],head,tail,dis[N];
    bool  v[N];
    int  main()
    {
    	scanf("%d",&m);
    	for(int  i=1;i<=m;i++)
    	{
    		int  l,r,c;scanf("%d%d%d",&l,&r,&c);
    		l>r?l^=r^=l^=r:0;
    		l++;r+=2;n=mymax(r,n);
    		ins(l,r,c);
    	}
    	for(int  i=2;i<=n;i++)ins(i-1,i,0),ins(i,i-1,-1),dis[i]=-1;
    	list[head=1]=1;tail=2;v[1]=1;
    	while(head!=tail)
    	{
    		int  x=list[head++];if(head==n+1)head=1;v[x]=0;
    		for(int  k=last[x];k;k=a[k].next)
    		{
    			int  y=a[k].y;
    			if(dis[x]+a[k].c>dis[y])
    			{
    				dis[y]=dis[x]+a[k].c;
    				if(!v[y])
    				{
    					v[y]=1;
    					list[tail++]=y;if(tail==n+1)tail=1;
    				}
    			}
    		}
    	}
    	printf("%d
    ",dis[n]);
    	return  0;
    }
    

    其余情况讨论

    求a-b的最小or大值

    我们其实这个还有个理解方式。

    当我们无法确定(s_{1})等于多少的时候我们就只能直接把设不等式的最小or大值。

    以下皆用最小值。(最大值其实就是<=不等式,然后最短路)
    (s_1-s_1=0)
    (dis_{i}=s_i-s_0)
    但是又如何理解边权为(c_{1})呢?
    (s_{a}-s_{b}<=c_1)
    (s_{b}-s_{0}<=dis_{b})

    那么两式相加:(s_{a}-s_{0}<=c_{1}+dis_{b}),所以就是我们不敢设(s_{1}=0)我们也可以做这些题目。

    无解情况

    我们这里给出几个不等式:(b-a>=1,c-b>=1,a-c>=1,d-b>=1),求(d-a)的最大值,你乍一看,不是为(3)吗,屁!

    ((b-a)+(c-b)+(a-c)+(b-a)+(c-b)+(a-c)+(d-b)>=7),你怎么说,而这个式子的最长路情况就是存在正环,所以就是等同于问最短路中是不是有负环。

    这个问题我们需要深刻理解SPFA,才能够理解为什么能这么判断。

    未加任何优化的SPFA有个特别优秀的地方,就是他使用纯BFS来实现,所以一条路径的点的个数如果小于另外一个路径的点的个数,那么他一定会被先找到。

    而一个路径的长度最多是(n)个点,不然说明有环,最短路有环,那么说明存在负环。

    SPFA时间复杂度证明

    很明显,一个点会被扔进队列里面最多(n)次,即每个点都把他扔进去一次,然后有(n)个点(其实也可以说他作为路径中第(i)个点被加入队列,而(1<=i<=n)),然后有(n)个点,且每个点会去找另外(n)个点,那么时间复杂度为(O(n^3)),可是不是说时间复杂度(O(nm))吗?

    我们换个角度思考,每个路径中,第(i)条边有(m)个选择,路径长度最长为(n-1)条边。那么就是(O(nm))

    如何找负环

    方案1

    都说了正常情况一个点最多入队列(n)次,那么只要一个点如队列次数超过(n)次,那么存在负环,无解。

    方案2

    更快的方法就是设一个数组表示他在最短路径中是第几个点,如果超过(n),说明存在负环。

    小结

    1. 差分约束的题目中一般都是设(s_{1}=0),如这道题目,再者一些求(a-b)的最大值最小值一般也是设(b=0),然后SPFA。
    2. 判断存不存在负环的话,DFS一般比BFS快。
    3. 找到题目中所有的约束条件,化成同一个符号的不等式。
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