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差分约束系统

2021-11-04 07:32:46 作者：互联网

负环：

因为负环肯定是越跑越短的，但是一个图上所有点都选上时，肯定不是最短路。因此，我们可以通过这一点来思考怎么处理负环：

处理负环的方式只有 \(\text{SPFA}\) ，\(\text{dijkstra}\) 是不能用的。

我们在每次更新边权时，如果是正边，那么只可能对下一个答案更新一次，所以出现负环，则是对下个答案更新多次。

我们在每一次出现最短路转移时，也转移最短路包含的点的个数，则是：

if(dis[y]>dis[x]+z){
    dis[y]=dis[x]+z;
    cnt[y]=cnt[x]+1;//转移包含的点的个数
    if(cnt[y]>=n) {flag=1;return;}//说明图中有负环,此时直接返回
    if(!vis[y]){vis[y]=1; q.push(y);}
}

除了这一点，其他跟正常的四破发都一样，正常写就行了。

差分约束：

从一个问题引入：

P5960 差分约束算法

给出 \(n\) 个变量和 \(m\) 个限制条件，利用 \(x_i-x_j\leq c_k\) ，需要求出一组解，使得所有约束条件都满足。

分析：

将上方式子变形： \(x_i\leq c_k+x_j\) ，这个式子很像最短路的式子。所以我们解决这种题 先建一个超级源点 \(0\) ，将源点向每个点连一条长度为 \(0\) 的边。

之后，对于每个限制条件，从 \(j\rightarrow i\) 连一条长度为 \(c_k\) 的边，表示这个约束。

因此，一组解就是 \(0\) 点到每个点的最短路。

代码：

// P5960 【模板】差分约束算法
#include<bits/stdc++.h>

using namespace std;

const int N=2e5+5;

int nxt[N],ver[N],tot,edge[N],head[N];
int n,m,flag=0;
int dis[N],vis[N],cnt[N];
void add(int x,int y,int z){
    ver[++tot]=y; edge[tot]=z; nxt[tot]=head[x]; head[x]=tot;
}
queue<int> q;
void spfa(int x){
    memset(dis,0x3f3f3f3f,sizeof(dis));
    dis[x]=0,vis[x]=1;
    q.push(x); 
    while(!q.empty()){
        int x=q.front(); q.pop();
        vis[x]=0;
        for(int i=head[x];i;i=nxt[i]){
            int y=ver[i],z=edge[i];
            if(dis[y]>dis[x]+z){
                dis[y]=dis[x]+z;
                cnt[y]=cnt[x]+1;
                if(cnt[y]>=n+1) {flag=1;return;}//说明图中有负环
                if(!vis[y]){
                    q.push(y); vis[y]=1;
                }
            }
        }
    }
}
int main(){
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=n;i++) add(0,i,0);
    for(int i=1,x,y,z;i<=m;i++){
        scanf("%d%d%d",&y,&x,&z);//不是正着建边
        add(x,y,z);
    }
    spfa(0);
    if(flag==1) puts("NO");
    else for(int i=1;i<=n;i++) printf("%d ",dis[i]); puts("");
    system("pause");
    return 0;
}

这样，我们发现，通过建边求最短路的形式，能使这些式子同时得到满足，这样就叫差分约束系统。

建边方式：

这里的 \(z\) 都是非负数：

\(y-x \leq z\) ，那么这样是在求最短路，可以这么理解：\(x,y\) 已经求出了最短路，那么最短路之差肯定不会比两点之间路径长。
如果相等，说明最短路就是这条路。又因为路长为 \(dis[y]-dis[x]\) ，说明这条边是从 \(x\rightarrow y\) 的边权为 \(z\) 的有向边。
\(y-x \geq z\) ，那么是在求最长路，和上面一样，两点的最长路之差不会比两点路径长。边也是从 \(x\rightarrow y\) 边权为 \(z\) 的有向边。
\(x-y=z\) ，拆成两个约束条件，即：\(x\rightarrow y\)，边权为 \(0\)，\(y\rightarrow x\) ，边权为 \(0\)。

要注意连边的顺序，写多了就好理解了。

判断是否成立：

差分约束判断条件是否能够全部成立的方法就是 判断负环 。但是要注意：我们因为添加了一个超级源点，所以 负环的标准是有 \(n+1\) 个点，这里要注意。

建立超级源点：

对于一些题目，超级源点到其他点的边权也不同。有的要求必须有，就建边权为最小限制的点。否则，就建立边权为零的点。

例题：

[SCOI2011]糖果

题意：

给你五种操作，每个操作给定两两点关于权值的限制关系，求权值之和。

分析：

很明显，这道题限制了点之间的大小关系，因此很容易想到差分约束。

首先超级源点到其他点建立一条权值为 \(1\) 的路径。因为每个小朋友必须有。

看式子，发现都是 \(y-x \geq z\) 类型的式子，因此是求最长路。

注意判断一下负环即可，建边方式自己列一下不等式，建一下即可。

代码：

#include<bits/stdc++.h>
#define int long long 
using namespace std;
const int N=6e5+5;

int nxt[N],ver[N],tot,edge[N],head[N];
int n,m,flag=0,ans;
int dis[N],vis[N],cnt[N];
void add(int x,int y,int z){
    ver[++tot]=y; edge[tot]=z; nxt[tot]=head[x]; head[x]=tot;
}
queue<int> q;

signed main(){
    cin>>n>>m;
    for(int i=1,op,x,y;i<=m;i++){
        scanf("%lld%lld%lld",&op,&x,&y);
        if((op==2||op==4)&&(x==y)) flag=1;
        if(op==1) add(x,y,0),add(y,x,0);
        else if(op==2) add(x,y,1);
        else if(op==3) add(y,x,0);
        else if(op==4) add(y,x,1);
        else if(op==5) add(x,y,0);
    }
    if(flag==1){puts("-1");return 0;}       
    for(int i=n;i>=1;i--) add(0,i,1);    
    dis[0]=0,vis[0]=1;
    q.push(0); 
    while(!q.empty()){
        int x=q.front(); q.pop();
        vis[x]=0;
        for(int i=head[x];i;i=nxt[i]){
            int y=ver[i],z=edge[i];
            if(dis[y]<dis[x]+z){
                cnt[y]=cnt[x]+1;
                dis[y]=dis[x]+z;
                if(cnt[y]==n+1){puts("-1");return 0;}
                if(!vis[y]){
                    q.push(y); vis[y]=1;
                }
            }
        }
    }
    for(int i=1;i<=n;i++) ans+=dis[i];
    cout<<ans<<endl;             
    
    system("pause");

    return 0;
}

标签：int,短路,系统,差分,约束,负环,vis,tot,dis
来源： https://www.cnblogs.com/guanlexiangfan/p/15506539.html