结论题,最小割,tarjan
题意:
分析:
题目看了,就是让我们对图中的每一条边都做判断:是否可以是最小割边?是否一定是最小割边?
暴力做法:n*m对于每一条边我们都单独判断!
那么现在来看tarjan做法:
首先让我们想想,传统如何判断一条边能不能在最小割集中。
先跑最大流,得到其残余网络(此残余网络中满流边自动断开,即cap==0我们就当他不存在)
1.对于边e(u,v)如果e没有满流,那么绝对不是最小割。
2.对于边e(u,v)如果满流但是在残余网络中有一路径使得u->v那么他绝对不是最小割。
3.对于边e(u,v)如果满流且残余网络中不存在u->v那么可以是最小割
4.对于边e(u,v)如果满流且残余网络中存在s->u和v->t那么其一定为是最小割
上面是结论,接下来我将一一为您证明:(个人理解证明,非专业)
最大流==最小割,这时大家都知道的。
那么我们进行割边的过程其实也就是阻断最大流的过程。
最大流:maxflow,最小割:maxflow
如果我们对于一条边e(u,v)进行割边我们最多阻断e.cap流量的流
这意味着,我们每割一条边都必须阻断e.cap流量的流。因为最小割和最大流是相等的!!!!消耗和收获一定相等
OK!基于这个判断让我们再看看之前的结论:
1.对于边e(u,v)如果e没有满流,那么绝对不是最小割。
没有满流,假设e.cap = 10,e,flow = 7 那么我们对其进行切割也不过是阻断了7单位的流量。没用!!所以,不是最小割!
2.对于边e(u,v)如果满流但是在残余网络中有一路径使得u->v那么他绝对不是最小割。
假设e(u,v) e.flow == e.cap 但是在参与网络中还有路径(即未满流的边)使得u->v假设这条路径能穿流 f
那么我们切割e,也只能阻断e.cap-f的单位的流,消耗e.cap。所以不可能!!!
3.对于边e(u,v)如果满流且残余网络中不存在u->v那么可以是最小割
参考上面两条,我们知道此时消耗与收获相同,此边可以为最小割
4.对于边e(u,v)如果满流且残余网络中存在s->u和v->t那么其一定为是最小割
证明着一条定理,我们先来区分一下可以是最小割的边和一定是最小割的边的区别。
可以是最小割的边:
即我可以不割他,通过割其他的边以相同的代价来阻断最大流。
如图:
我们可以不切容量为5的边而切容量为2,和3的后面的边来阻断。
课时这种情况呢:
这能切容量为5的变了吧。
同理,这种情况呢:
前面的和后面的情况是相似的。
那么我们可以总结一下,其实就是:
对于边e(u,v)如果残余网络中存在s->u和v->t的路径那么我们是一定要切断这条边的!!!!得证
至此,四条定理全部得证。
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1.对于边e(u,v)如果e没有满流,那么绝对不是最小割。
2.对于边e(u,v)如果满流但是在残余网络中有一路径使得u->v那么他绝对不是最小割。
3.对于边e(u,v)如果满流且残余网络中不存在u->v那么可以是最小割
4.对于边e(u,v)如果满流且残余网络中存在s->u和v->t那么其一定为是最小割
拿下来看的方便。。。。。。。。。
那么,第一条定理很好判断,跑一下最大流,看一下这条边的cap是否为0就好了。
但第二条,我们如何判断是否存在u->v呢?
如果我们是判断一条边就好了,直接dfs。但是判断所有条边显然不能这样。
关键
残余网络中是包含反向变的。因为e.cao==0 所以有一条v->u
那这时倘若有u->v,那么岂不是构成强连通了嘛!!
所以,我们只需对残余网络跑一遍tarjan。然后判断u和v是否在一个连通分量里面就好了!!
那么,同理对于第四结论。判断是否存在s->u和v->t。
肯定存在t->v 和 u->s!为什么?请看:
存在流量的路径 v->a1->a2->a3->....->t 那么一定存在其反向边 t->...->a3->a2->a1->v
同理u->s也一样。
因此同理若残余网络中存在s->u 和 v->t的话。
那么一定s与u,v与t一定是构成了强连通!!
判断s,u v,t是否在相同的强连通分量里面就好了!!!!!
总结一下,那四个结论就变为了
1.对于边e(u,v)如果e没有满流,那么绝对不是最小割。
2.对于边e(u,v)如果满流但是在残余网络中color[u]==color[v]那么他绝对不是最小割。
3.对于边e(u,v)如果满流且残余网络中color[u]!=color[v]那么可以是最小割
4.对于边e(u,v)如果满流且残余网络中color[s]==color[u]&&color[v]==color[t]那么其一定为是最小割
综上,此题得解!!!!!!!
苦思冥想,个人所得,并不严谨。如有错误,希望指出!!
代码如下:
#include<iostream> #include<algorithm> #include<stack> #include<queue> using namespace std; const int inf = 2e9; const int max_n = 4e3 + 100; const int max_m = 1e6 + 100; int n, m;int s, t; int us[max_m], vs[max_m]; struct edge { int to, cap, rev, next; }E[max_m * 2]; int head[max_n]; int cnt = 1; void add(int from, int to,int cap) { E[cnt].to = to;E[cnt].cap = cap; E[cnt].rev = cnt + 1; E[cnt].next = head[from]; head[from] = cnt++; E[cnt].to = from;E[cnt].cap = 0; E[cnt].rev = cnt - 1; E[cnt].next = head[to]; head[to] = cnt++; } int iter[max_n]; int dist[max_n]; bool searchpath(int s, int t) { fill(dist, dist + 1 + n, -1); queue<int> que;dist[s] = 0; que.push(s); while (!que.empty()) { int u = que.front();que.pop(); for (int i = head[u];i;i = E[i].next) { edge& e = E[i]; if (dist[e.to] != -1 || e.cap == 0)continue; dist[e.to] = dist[u] + 1; que.push(e.to); } }return dist[t] != -1; } int matchpath(int u, int t, int f) { if (u == t)return f; for (int& i = iter[u];i;i = E[i].next) { edge& e = E[i]; if (dist[e.to] <= dist[u] || e.cap == 0)continue; int d = matchpath(e.to, t, min(f, e.cap)); if (d <= 0)continue; e.cap -= d;E[e.rev].cap += d; return d; }return false; } int dinic(int s,int t) { int flow = 0;int f; while (searchpath(s, t)) { for (int i = 1;i <= n;i++)iter[i] = head[i]; while (f = matchpath(s, t, inf)) flow += f; }return flow; } int dfn[max_n], low[max_n], color[max_n]; int tot = 0, colour = 0; stack<int> st; void tarjan(int u) { dfn[u] = low[u] = tot++;st.push(u); for (int i = head[u];i;i = E[i].next) { edge& e = E[i]; if (!e.cap)continue; if (!dfn[e.to]) { tarjan(e.to);low[u] = min(low[u], low[e.to]); } else if (color[e.to] == 0)low[u] = min(low[u], dfn[e.to]); }if (dfn[u] != low[u])return; colour++; while (st.top() != u) { color[st.top()] = colour; st.pop(); }color[st.top()] = colour;st.pop(); } int main() { ios::sync_with_stdio(0); cin >> n >> m >> s >> t; for (int i = 1;i <= m;i++) { int cap; cin >> us[i] >> vs[i] >> cap; add(us[i], vs[i], cap); }dinic(s, t); for (int i = 1;i <= n;i++) if (!dfn[i])tarjan(i); for (int i = 1;i <= m;i++) { edge& e = E[i * 2 - 1]; if (e.cap || color[us[i]] == color[vs[i]]) cout << "0 0\n"; else if (color[us[i]] == color[s] && color[vs[i]] == color[t]) cout << "1 1\n"; else cout << "1 0\n"; } }
算法!美不胜收!