Codeforces 1592F2 Alice and Recoloring 2
有一張 \(n \times m\) 的方格圖,初始全白,目標狀態給定。
有 4 種操作(反轉的意思是黑 \(\to\)白,白 \(\to\) 黑):
- 反轉一個包含 \((1, 1)\) 的子矩形,花費 \(1\)。
- 反轉一個包含 \((n, 1)\) 的子矩形,花費 \(3\)。
- 反轉一個包含 \((1, m)\) 的子矩形,花費 \(4\)。
- 反轉一個包含 \((n, m)\) 的子矩形,花費 \(2\)。
求達成目標狀態的最小花費。
\(1 \le n, m \le 500\)。
2s, 256MB
引理 1:第 2 和第 3 種操作不會用到。
證明:考慮到不管是第 2 種還是第 3 種操作,都可以用兩次第 1 種操作代替,而且代價顯然更優。所以永遠不會使用第 2 和第 3 種操作。
現在的問題就轉化為了只存在第 1 和第 4 種操作的情況了。
將目標狀態與初始狀態對換,即給定一個初始有黑白兩色的方格圖,花最小的代價使得全部變成白色。
矩形反轉顯然是不好處理的,考慮弄一個類似字首和的東西來優化掉。
將黑色視為 \(1\),白色視為 \(0\)。構造一個數組 \(a\),其中 \(a_{i, j} = s_{i, j} \oplus s_{i + 1, j} \oplus s_{i, j + 1} \oplus s_{i + 1, j + 1}\)(超出網格的部分預設是白色)。
非常顯然,當 \(a\) 陣列全部變為 \(0\) 時,\(s\) 陣列也就全部變為了 \(0\)。
觀察 1, 4 兩種操作對 \(a\) 陣列的影響,發現是:
- 對於第 1 種操作,只會有 1 個格子的 \(a\) 發生了反轉。
- 對於第 4 種操作,會有 4 個格子的 \(a\)發生反轉,且這 4 個格子形如 \((x, y)\),\((n, y)\),\((x, m)\),\((n, m)\)。記這樣的操作為 \(op(x, y)\)。
引理 2:不會同時使用 \(op(x, y_1)\) 和 \(op(x, y_2)\)。同理不會同時使用 \(op(x_1, y)\) 和 \(op(x_2, y)\)。
證明:以前一種為例,\((n, m)\) 和 \((x, m)\) 都被反轉了兩次,所以不會發生改變。那麼也就是花費了 \(4\)
的代價來反轉了 \(2\times 2=4\) 個格子。這顯然可以被第 1 種操作代替。
引理 3:除非 \((x, y)\),\((n, y)\) 和 \((x, m)\) 都為 \(1\),才會使用 \(op(x, y)\)。
證明:如果這中間有一個不為 \(1\),那麼這次操作就產生了一個錯誤的反轉。為了達成最終目標,顯然會使用一次第 1 種操作把它反轉回來(注:不會是另一個第 4 種操作,根據引理 2 可以得知)。那麼僅僅是反轉了另外 3 個格子,代價都至少為 \(1 + 2 = 3\),完全可以使用第 1 種操作代替。
於是就可以做題了,建立一個二分圖,左部有 \(n - 1\) 個點代表行,右部有 \(m - 1\) 個點代表列。
對於 \((x, y)\),如果它滿足引理 3 的條件,則把左部的 \(x\) 和右部的 \(y\) 連邊。
求這個二分圖的最大匹配數 \(k\)即可。答案為 \(\textit{rem} - k\)。\(\textit{rem}\)表示剩下的 \(1\) 的個數。
我使用的是 dinic 求二分圖最大匹配,時間複雜度為 \(O(n^2 \sqrt{n})\)。
#include <bits/stdc++.h>
const int N = 505;
char str[N][N];
int n, m, cnt = -1, a[N][N], h[N << 1], S, T;
struct edge {
int v, w, nxt;
} e[N * N * 2];
void add_edge(int u, int v) {
e[++cnt] = (edge){v, 1, h[u]}; h[u] = cnt;
e[++cnt] = (edge){u, 0, h[v]}; h[v] = cnt;
}
int que[N << 1], hd, tl, lev[N << 1];
bool bfs() {
memset(lev, 0, sizeof(lev));
hd = tl = lev[S] = 1; que[1] = S;
while(hd <= tl) {
int u = que[hd++];
for(int i = h[u]; ~i; i = e[i].nxt) {
int v = e[i].v;
if(!lev[v] && e[i].w > 0) {
que[++tl] = v;
lev[v] = lev[u] + 1;
}
}
}
return lev[T];
}
int cur[N << 1];
int dfs(int u, int can_flow) {
if(u == T) return can_flow;
int res_flow = 0;
for(int &i = cur[u]; ~i; i = e[i].nxt) {
int v = e[i].v;
if(lev[v] == lev[u] + 1 && e[i].w > 0) {
int will_flow = dfs(v, std::min(can_flow, e[i].w));
res_flow += will_flow;
can_flow -= will_flow;
e[i ^ 1].w += will_flow;
e[i].w -= will_flow;
if(!can_flow) break;
}
}
if(!res_flow) lev[u] = 0;
return res_flow;
}
int dinic() {
int res = 0;
while(bfs()) {
memcpy(cur, h, sizeof(h));
res += dfs(S, INT_MAX);
}
return res;
}
int main() {
memset(h, -1, sizeof(h));
scanf("%d %d", &n, &m);
S = n + m + 1; T = n + m + 2;
for(int i = 1; i <= n; i++) {
scanf("%s", str[i] + 1);
}
for(int i = 1; i <= n; i++) {
for(int j = 1; j <= m; j++) {
a[i][j] = (str[i][j] == 'B') ^ (str[i][j + 1] == 'B') ^ (str[i + 1][j] == 'B') ^ (str[i + 1][j + 1] == 'B');
}
}
for(int i = 1; i < n; i++) {
for(int j = 1; j < m; j++) {
if(a[i][j] && a[n][j] && a[i][m]) {
add_edge(i, j + n);
}
}
}
for(int i = 1; i < n; i++) add_edge(S, i);
for(int j = 1; j < m; j++) add_edge(j + n, T);
int k = dinic(), ans = 0;
a[n][m] ^= (k & 1);
for(int i = 1; i <= n; i++) {
for(int j = 1; j <= m; j++) {
ans += a[i][j];
}
}
ans -= k;
printf("%d\n", ans);
return 0;
}