A Za, A Za, Fighting...

坚信:勤能补拙

PKU 3687 Labeling Balls

问题:
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=3687

思路:
这题理解起来就很困难,等理解透了也还是不会

参考:
http://hi.baidu.com/archersfate/blog/item/30e66f76734a0c12b051b9ab.html

总结:
逆向的拓扑排序,等同于对转置图进行正向的拓扑排序(其实就是入度与出度的区别)
DFS实现拓扑排序适合于求出所有可能的解
BFS实现拓扑排序适合于求出满足特定要求的解


代码:
 1 /* cpp: priority_queue */
 2 #include<iostream>
 3 #include<queue>
 4 #include<vector>
 5 #include<functional>
 6 #include<cstdio>
 7 #include<cstring>
 8 using namespace std;
 9 
10 #define MAX_N 201
11 int n, m;
12 int adj[MAX_N][MAX_N];
13 int out_degree[MAX_N], topo[MAX_N], ans[MAX_N];
14 
15 void
16 init()
17 {
18     int i, pre, suc;
19     memset(adj, 0sizeof(adj));
20     memset(out_degree, 0sizeof(out_degree));
21     scanf("%d %d"&n, &m);
22     for(i=0; i<m; i++) {
23         scanf("%d %d"&pre, &suc);
24         if(!adj[pre][suc]) { /* avoid duplicates */
25             adj[pre][suc] = 1;
26             ++out_degree[pre];
27         }
28     }
29 }
30 
31 void
32 reverse_topo_sort()
33 {
34     int i, tmp, count = 0;
35     priority_queue<int, vector<int>, less<int> > Q;
36     for(i=1; i<=n; i++)
37         if(out_degree[i] == 0)
38             Q.push(i);
39     while(!Q.empty()) { /* BFS */
40         tmp = Q.top();
41         Q.pop();
42         topo[++count] = tmp;
43         for(i=1; i<=n; i++)
44             if(adj[i][tmp]) {
45                 --out_degree[i];
46                 if(!out_degree[i])
47                     Q.push(i);
48             }
49     }
50     if(count != n) { /* not DAG */
51         printf("-1\n");
52         return;
53     }
54     for(i=1; i<=n; i++)
55         ans[topo[n-i+1]] = i;
56     for(i=1; i<=n; i++)
57         printf("%d ", ans[i]);
58     printf("\n");
59 }
60 
61 int
62 main(int argc, char **argv)
63 {
64     int tests;
65     scanf("%d"&tests);
66     while(tests--) {
67         init();
68         reverse_topo_sort();
69     }
70 }

转载:
   PKU 3687 在基本的拓扑排序的基础上又增加了一个要求:编号最小的节点要尽量排在前面;在满足上一个条件的基础上,编号第二小的节点要尽量排在前面;在满足前两个条件的基础上,编号第三小的节点要尽量排在前面……依此类推。(注意,这和字典序是两回事,不可以混淆。)

    如图 1 所示,满足要求的拓扑序应该是:6 4 1 3 9 2 5 7 8 0。



图 1 一个拓扑排序的例子

    一般来说,在一个有向无环图中,用 BFS 进行拓扑排序是比较常见的
做法
做法,如算法 1 所示。但是它不一定能得到本题要求的拓扑序。

1. 把所有入度为 0 的节点放进队列 Q
2. WHILE: Q 不是空队列
3.     从 Q 中取出队列首元素 a,把 a 添加到答案的尾部
4.     FOR:所有从 a 出发的边 a → b
5.         把 b 的入度减 1。如果 b 的入度变为 0,则把 b 放进队列 Q。

算法 1 用 BFS 进行拓扑排序

    为了解决本问题,下面让我来探究一下拓扑序的一些性质。以图 1 为例,节点 0 毫无疑问排在最后。除了节点 0 以外,有三条互相平行的路径:6 → 4 → 1、 3→ 9 → 2 和 5 → 7 → 8。一条路径上的各个节点的先后关系都是不能改变的,比如路径 6 → 4 → 1 上的三个节点在拓扑序中,一定是 6 在最前,1 在最后。但是,互相平行的各条路径,在总的拓扑序中任意交错都是合法的。比如,以下都是图 1 的合法拓扑序:

    6 4 1 3 9 2 5 7 8 0、 3 6 9 4 5 1 7 8 2 0、 5 6 4 7 3 8 1 9 2 0、 3 5 6 4 1 7 9 2 8 0、 6 5 7 8 4 3 9 2 1 0。

    怎么才能找出题目要求的拓扑序呢?在这里,我想用字典序最先的拓扑序来引出这个算法。算法 2 可以求出字典序最先的拓扑序。

1. 把所有入度为 0 的节点放进优先队列 PQ
2. WHILE: PQ 不是空队列
3. 从 PQ 中取出编号最小的元素 a,把 a 添加到答案的尾部
4. FOR:所有从 a 出发的边 a → b
5. 把 b 的入度减 1。如果 b 的入度变为 0,则把 b 放进优先队列 PQ。

算法 2 求出字典序最先的拓扑序

    可见,算法 2 和算法 1 基本一样,只是把队列改成了优先队列。用它求出的图 1 的字典序最先的拓扑序为:3 5 6 4 1 7 8 9 2 0。但是这显然不是本题要求的答案,因为节点 1 的位置还不够靠前。

    算法 2 可以算是一个贪心算法,每一步都找编号最小的节点。但是对于图 1 中的三条路径,头的编号比较小的,不一定要先出队列。正确的步骤应该如下:
  1. 节点 0 的位置是铁定在最后的,不用考虑。只考虑剩下的三条路径。
  2. 先找编号最小的,节点 1。把它和它所在的路径中位于它前面的节点全部拿出来。目前的答案是 6 4 1,这样, 节点 1 就尽量靠前了。
  3. 再找剩下的节点中编号最小的,节点 2。把它和它所在的路径中位于它前面的节点全部拿出来。目前的答案是 6 4 1 3 9 2 ,这样,节点 2 就尽量靠前了。
  4. 只剩下一条路径了,只能依次把其中的节点拿出来。最后答案就是 6 4 1 3 9 2 5 7 8 0。
    显然,算法 2 的贪心策略对于这个问题是不可行的。不能着眼于每条路径的头,而是要找编号最小的节点在哪条路径上,优先把这条路径拿出来。但问题在于,在 BFS 的过程中,我们只能看到每条路径的头,看不到后面的节点,这该怎么办呢?

    让我们换个角度想一想,节点 3 和 6,应该是 6 先出队列,因为节点 1 在 6 的后面。这和节点 3 和 6 的编号大小没有任何关系。但是,再看另外两条路径的尾部,节点 2 和 8,可以肯定地说,2 一定先出队列,因为它们后面都没有别的节点了,这个时候完全以这两个节点本身的编号大小决定顺序。归纳起来就是说,对于若干条平行的路径,小的头部不一定排在前面,但是大的尾部一定排在后面。于是,就有了算法 3

1. 把所有出度为 0 的节点放进优先队列 PQ
2. WHILE: PQ 不是空队列
3. 从 PQ 中取出编号最大的元素 a,把 a 添加到答案的头部
4.     FOR:所有指向 a 的边 b → a
5.     把 b 的出度减 1。如果 b 的出度变为 0,则把 b 放进优先队列 PQ。

算法 3 求出本题目要求的拓扑序

    我觉得这道题目确实挺奥妙的,我搞了很久才想通算法 3 为什么是正确的,特地在此写一下。

posted on 2010-09-04 11:35 simplyzhao 阅读(270) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: F_图算法


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