差分約束系統【模板】
差分約束系統:如果一個系統由n個變數和m個約束條件組成,其中每個約束條件形如 xj - xi<= bk ( i , j ∈ [1,n],k ∈ [1,m]),則稱其為差分約束系統。
例如如下的約束條件:
X1 - X2 <= 0 X1 - X5 <= -1
X2 - X5 <= 1 X3 - X1 <= 5
X4 - X1 <= 4 X4 - X3 <= -1
X5 - X3 <= -3 X5 - X4 <= -3
全都是兩個未知數的差小於等於某個常數(大於等於也可以,因為左右乘以-1就可以化成小於等於)。這樣的不等式組就稱作差分約束系統。
差分約束系統求解過程:
1.新建一個圖,N個變數看作N個頂點,M個約束條件作為M條邊。每個頂點Vi分別對於一個未知量,每個有向邊對應兩個未知量的不等式。
2.為了保證圖的連通性,在圖中新加一個節點Vs,圖中每個節點Vi都能從Vs可達,建立邊w(Vs,Vi) = 0。
3.對於每個差分約束Xj - Xi <= Bk(這裡是小於等於號),則建立邊w(Xi,Xj) = Bk。
4.初始化Dist[] = INF,Dist[Vs] = 0.
5.求解以Vs為源點的單源最短路徑,推薦用SPFA,因為一般可能存在負值。
如果圖中存在負權迴路,則該差分約束系統不存在可行解。
Vs到某點如果不存在最短路徑,即最短路為INF,則對於該點表示的變數可以取任意值,都能滿足差分約束的要求,如果存在最短路徑,則得到該變數的最大值。
上述過程最終得到的解為滿足差分約束系統各項的最大值。
注意點:
1. 如果要求最大值想辦法把每個不等式變為標準 x - y <= k 的形式,然後建立一條從 y 到 x 權值為 k 的邊,變得時候注意 x - y < k => x - y <= k-1。
2. 如果要求最小值的話,變為 x - y >= k 的標準形式,然後建立一條從 y到 x 權值為 k 的邊,求出最長路徑即可。
3. 如果權值為正,用Dijkstra,SPFA,BellmanFord都可以,如果為負不能用Dijkstra,並且需要判斷是否有負環,有的話就不存在。
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<queue>
#define INF 0x7fffffff
using namespace std;
const int MAXN = 1100;
const int MAXM = 30030;
struct EdgeNode
{
int to;
int w;
int next;
}Edges[MAXM];
int Head[MAXN],Dist[MAXN],vis[MAXN],outque[MAXN],id;
void AddEdges(int u,int v,int w)
{
Edges[id].to = v;
Edges[id].w = w;
Edges[id].next = Head[u];
Head[u] = id++;
}
void SPFA(int s,int N)
{
int ans = 0;
memset(vis,0,sizeof(vis));
memset(outque,0,sizeof(outque));
for(int i = 1; i <= N; ++i)
Dist[i] = INF;
Dist[s] = 0 ;
vis[s] = 1;
queue<int> Q;
Q.push(s);
while( !Q.empty() )
{
int u = Q.front();
Q.pop();
vis[u] = 0;
outque[u]++;
if(outque[u] > N+1) //如果出隊次數大於N,則說明出現負環
{
ans = -1;
break;
}
for(int i = Head[u]; i != -1; i = Edges[i].next)
{
int temp = Dist[u] + Edges[i].w;
if(temp < Dist[Edges[i].to])
{
Dist[Edges[i].to] = temp;
if( !vis[Edges[i].to])
{
vis[Edges[i].to] = 1;
Q.push(Edges[i].to);
}
}
}
}
if(ans == -1) //出現負權迴路,不存在可行解
printf("-1\n");
else if(Dist[N] == INF) //可取任意值,都滿足差分約束系統
printf("-2\n");
else
printf("%d\n",Dist[N]); //求使得源點 s 到 終點 t 的最大的值
}
int main()
{
int N,ML,MD,u,v,w;
while(~scanf("%d%d%d", &N, &ML, &MD))
{
memset(Head,-1,sizeof(Head));
id = 0;
for(int i = 0; i < ML; ++i)
{
scanf("%d%d%d",&u,&v,&w);
AddEdges(u,v,w);//建邊 u - v <= w
}
for(int i = 0; i < MD; ++i)
{
scanf("%d%d%d",&u,&v,&w);
AddEdges(v,u,-w);//建邊 v - u <= w
}
//這裡不加也可以
// for(int i = 1; i < N; ++i)
// AddEdges(i+1,i,0);
SPFA(1,N); //求使得源點 s 到 終點 t 的最大的值
}
return 0;
}