【HDU 2255】【KM算法模板題+KM算法詳解】 奔小康賺大錢

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奔小康賺大錢

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Total Submission(s): 7453    Accepted Submission(s): 3315


Problem Description
傳說在遙遠的地方有一個非常富裕的村落,有一天,村長決定進行制度改革:重新分配房子。
這可是一件大事,關係到人民的住房問題啊。村裏共有n間房間,剛好有n家老百姓,考慮到每家都要有房住(如果有老百姓沒房子住的話,容易引起不安定因素),每家必須分配到一間房子且只能得到一間房子。
另一方面,村長和另外的村領導希望得到最大的效益,這樣村裏的機構纔會有錢.由於老百姓都比較富裕,他們都能對每一間房子在他們的經濟範圍內出一定的價格,比如有3間房子,一家老百姓可以對第一間出10萬,對第2間出2萬,對第3間出20萬.(當然是在他們的經濟範圍內).現在這個問題就是村領導怎樣分配房子才能使收入最大.(村民即使有錢購買一間房子但不一定能買到,要看村領導分配的).
 

Input
輸入數據包含多組測試用例,每組數據的第一行輸入n,表示房子的數量(也是老百姓家的數量),接下來有n行,每行n個數表示第i個村名對第j間房出的價格(n<=300)。
 

Output
請對每組數據輸出最大的收入值,每組的輸出佔一行。

 

Sample Input
2 100 10 15 23
 

Sample Output
123
 

Source
 

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(轉)

KM算法詳解:
(1)可行點標:每個點有一個標號,記lx[i]爲X方點i的標號,ly[j]爲Y方點j的標號。如果對於圖中的任意邊(i, j, W)都有lx[i]+ly[j]>=W,則這一組點標是可行的。特別地,對於lx[i]+ly[j]=W的邊(i, j, W),稱爲可行邊
(2)KM 算法的核心思想就是通過修改某些點的標號(但要滿足點標始終是可行的),不斷增加圖中的可行邊總數,直到圖中存在僅由可行邊組成的完全匹配爲止,此時這個 匹配一定是最佳的(因爲由可行點標的的定義,圖中的任意一個完全匹配,其邊權總和均不大於所有點的標號之和,而僅由可行邊組成的完全匹配的邊權總和等於所 有點的標號之和,故這個匹配是最佳的)。一開始,求出每個點的初始標號:lx[i]=max{e.W|e.x=i}(即每個X方點的初始標號爲與這個X方 點相關聯的權值最大的邊的權值),ly[j]=0(即每個Y方點的初始標號爲0)。這個初始點標顯然是可行的,並且,與任意一個X方點關聯的邊中至少有一條可行邊
(3)然後,從每個X方點開始DFS增廣。DFS增廣的過程與最大匹配的Hungary算法基本相同,只是要注意兩點:一是隻找可行邊,二是要把搜索過程中遍歷到的X方點全部記下來(可以用vst搞一下),以進行後面的修改;
(4) 增廣的結果有兩種:若成功(找到了增廣軌),則該點增廣完成,進入下一個點的增廣。若失敗(沒有找到增廣軌),則需要改變一些點的標號,使得圖中可行邊的 數量增加。方法爲:將所有在增廣軌中(就是在增廣過程中遍歷到)的X方點的標號全部減去一個常數d,所有在增廣軌中的Y方點的標號全部加上一個常數d,則 對於圖中的任意一條邊(i, j, W)(i爲X方點,j爲Y方點):
<1>i和j都在增廣軌中:此時邊(i, j)的(lx[i]+ly[j])值不變,也就是這條邊的可行性不變(原來是可行邊則現在仍是,原來不是則現在仍不是);
<2>i在增廣軌中而j不在:此時邊(i, j)的(lx[i]+ly[j])的值減少了d,也就是原來這條邊不是可行邊(否則j就會被遍歷到了),而現在可能是;
<3>j在增廣軌中而i不在:此時邊(i, j)的(lx[i]+ly[j])的值增加了d,也就是原來這條邊不是可行邊(若這條邊是可行邊,則在遍歷到j時會緊接着執行DFS(i),此時i就會被遍歷到),現在仍不是;
<4>i和j都不在增廣軌中:此時邊(i, j)的(lx[i]+ly[j])值不變,也就是這條邊的可行性不變。
這 樣,在進行了這一步修改操作後,圖中原來的可行邊仍可行,而原來不可行的邊現在則可能變爲可行邊。那麼d的值應取多少?顯然,整個點標不能失去可行性,也 就是對於上述的第<2>類邊,其lx[i]+ly[j]>=W這一性質不能被改變,故取所有第<2>類邊的 (lx[i]+ly[j]-W)的最小值作爲d值即可。這樣一方面可以保證點標的可行性,另一方面,經過這一步後,圖中至少會增加一條可行邊。
(5)修改後,繼續對這個X方點DFS增廣,若還失敗則繼續修改,直到成功爲止;
(6)以上就是KM算法的基本思路。但是樸素的實現方法,時間複雜度爲O(n4)——需要找O(n)次增廣路,每次增廣最多需要修改O(n)次頂標,每次修改頂 標時由於要枚舉邊來求d值,複雜度爲O(n2)。實際上KM算法的複雜度是可以做到O(n3)的。我們給每個Y頂點一個“鬆弛量”函數slack,每次開 始找增廣路時初始化爲無窮大。在尋找增廣路的過程中,檢查邊(i,j)時,如果它不在相等子圖中,則讓slack[j]變成原值與 A[i]+B[j]-w[i,j]的較小值。這樣,在修改頂標時,取所有不在交錯樹中的Y頂點的slack值中的最小值作爲d值即可。但還要注意一點:修 改頂標後,要把所有不在交錯樹中的Y頂點的slack值都減去d

代碼:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
/* KM算法
* 複雜度O(nx*nx*ny)
* 求最大權匹配
* 若求最小權匹配,可將權值取相反數,結果取相反數
* 點的編號從1開始
*/
const int N=310;
const int inf=0x3f3f3f3f;
int nx,ny;//兩邊的點數
int g[N][N];//二分圖描述
int link[N],lx[N],ly[N];//y中各點匹配狀態,x,y中的頂點標號
int slack[N];
bool visx[N],visy[N];

bool dfs(int x){
  visx[x]=true;
  for(int y=1; y<=ny; y++){
    if(visy[y])continue;
    int tmp=lx[x]+ly[y]-g[x][y];
    if(tmp==0){
      visy[y]=true;
      if(link[y]==-1 || dfs(link[y])){
        link[y]=x;
        return true;
      }
    }
    else if(slack[y]>tmp) slack[y]=tmp;
  }
  return false;
}

int KM(){
  memset(link, -1, sizeof(link));
  memset(ly, 0, sizeof(ly));
  for(int i=1; i<=nx; i++){
    lx[i]=-inf;
    for(int j=1; j<=ny; j++)
      if(g[i][j]>lx[i])
        lx[i]=g[i][j];
  }
  for(int x=1; x<=nx; x++){
    for(int i=1; i<=ny; i++) slack[i]=inf;
    while(true){
      memset(visx, false, sizeof(visx));
      memset(visy, false, sizeof(visy));
      if(dfs(x))break;
      int d=inf;
      for(int i=1; i<=ny; i++)
        if(!visy[i] && d>slack[i])
          d=slack[i];
      for(int i=1; i<=nx; i++)
        if(visx[i])
          lx[i]-=d;
      for(int i=1; i<=ny; i++){
        if(visy[i])ly[i]+=d;
        else slack[i]-=d;
      }
    }
  }
  int res=0;
  for(int i=1; i<=ny; i++)
  if(link[i]!=-1)
    res+=g[link[i]][i];
  return res;
}

//HDU 2255
int main(){
  int n;
  while(~scanf("%d",&n)){
    for(int i=1; i<=n; i++)
      for(int j=1; j<=n; j++)
        scanf("%d",&g[i][j]);
    nx=ny=n;
    printf("%d\n",KM());
  }
  return 0;
}



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