【网络流】有源汇上下界最大流

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分析

这是一道有源汇上下界最大流的模板题(废话)。

既然是网络流的问题,故应该先将图建出来:

根据题目特征,

  • 我们将少女和每一天看作是图中的点。

  • 当然,因为每一天都有拍照次数的限制,我们可以加一个源点 (s) ,向每一天连边,这个边的容量范围是 ([0,D_i])

  • 类似地,因为每个少女都有一个至少拍照张数的限定,所以加一个汇点 (t) ,然后让每个少女向汇点连边,容量范围自然是 ([G_i,∞])

  • 至于少女和每一天,根据题意,她们之间连边的容量是 ([L, R])

至此,我们便将图建好了,从图的特征以及题意可以看出,这是一个求有源汇上下界最大流的问题。

怎么解决呢?

如果对约定的记号不熟悉可以看看我的博客:
这里

无源汇上下界可行流

首先,先介绍一下无源汇上下界可行流的求法(即:可行循环流的求法):

p.s. 如果会的可以直接跳过看下面的部分

对于可行循环流中的边 ((u,v)) 有如下容量限制: (underline{c}(u,v)le f(u,v) le overline{c}(u,v))

简单的想法是将问题转化为求有源汇最大流。转化的方法自然是构造,构造的原则是保证问题的等价。

构造方式:

加入虚拟源点 (S) ,虚拟汇点 (T)

对于每个点 (x),记它的入边(假设入点为 (u) )对应的容量下界为 (underline{c}(u,x)) ,出边 (假设出点为 (v) )对应的容量下界为 (underline{c}(x,v))

如果 (c=sum underline{c}(u,x)-sum underline{c}(x,v)>0) ,那么连边 ((S,x)) ,容量为 (c)

如果 (c=sum underline{c}(u,x)-sum underline{c}(x,v)<0) ,那么连边 ((x,T)) ,容量为 (-c)

根据上述规则得到新图 (G')

只需证明:(G') 的最大流与原图 (G) 的可行流是一一对应的。

证明一个流对应另一个流的方法:从一个流进行等价变换,所得到的新流仍然合法:即满足容量限制,流量守恒

容量限制较容易证明,故本文出现的证明都是关于证明流量守恒的。

证明:

先证明 (G) 的一个可行流对应着 (G') 的一个最大流(这里的最大流要求源点、汇点与其它点的连边满流,在接下来的讨论中可以发现需要这个约束)。

约定:点 (x) 的入点构成的集合为 (U) ,出点构成的集合为 (V) ,这样做可以省去求和 (sum) ,表述方便,即 (sum underline{c}(u,x)=c(U,x))
(sum underline{c}(x,v)=c(x,V)) 等等。

(G) 的一个可行流,自然有: (f(U,x)=f(x,V))

等价变形: (f'(U,x)+underline{c}(U,x)=f'(x,V)+underline{c}(x,V))

进而有:(f'(U,x)+underline{c}(U,x)-underline{c}(x,V)=f'(x,V))

不妨设 (underline{c}(U,x)-underline{c}(x,V)>0) , 注意到 (underline{c}(U,x)-underline{c}(x,V)) 恰好是 (c(S,x))(underline{c}(U,x)-underline{c}(x,V)<0) 的情况同理,故对于新图,流量也是守恒的。

而且从中可以发现,这里的最大流要求源点、汇点与其它点的连边满流

从上面的证明可以发现 (G') 的一个最大流也对应着 (G) 的一个可行流,只需要将公式倒着写一遍即可(因为是恒等变换)。

至此,证明结束。

在具体操作的时候,要注意跑完最大流之后,对应的边需要加上补偿值才是所要求的网络(参见证明中的公式以及下面的代码)。

求取可行循环流具体过程可以见代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int N=205, M=12005+N<<1;
const int INF=0x3f3f3f3f;

int n, m, S, T;
struct node{
    int to, c, l, next;
}e[M];
int h[N], tot;

void add(int u, int v, int lc, int uc){
    e[tot].to=v, e[tot].c=uc-lc, e[tot].l=lc, e[tot].next=h[u], h[u]=tot++;
    e[tot].to=u, e[tot].c=0, e[tot].next=h[v], h[v]=tot++;
}

int imo[N]; // in minus out

int d[N], q[N], cur[N];

bool bfs(){
    memset(d, -1, sizeof d);
    int tt=-1, hh=0;
    q[++tt]=S, d[S]=0, cur[S]=h[S];
    while(tt>=hh){
        int hd=q[hh++];
        for(int i=h[hd]; ~i; i=e[i].next){
            int go=e[i].to;
            if(d[go]==-1 && e[i].c){
                cur[go]=h[go];
                d[go]=d[hd]+1;
                if(go==T) return true;
                q[++tt]=go;
            }
        }
    }
    return false;
}

int find(int u, int limit){
    if(u==T) return limit;
    int flow=0;
    for(int i=cur[u]; ~i && limit>flow; i=e[i].next){
        int go=e[i].to;
        cur[u]=i;
        if(e[i].c && d[go]==d[u]+1){
            int t=find(go, min(limit-flow, e[i].c));
            if(!t) d[go]=-1;
            flow+=t, e[i].c-=t, e[i^1].c+=t;
        }
    }
    return flow;
}

int dinic(){
    int res=0, flow;
    while(bfs()) while(flow=find(S, INF)) res+=flow;
    return res; 
}

int main(){
    memset(h, -1, sizeof h);
    cin>>n>>m;
    S=0, T=n+1;
    for(int i=1; i<=m; i++){
        int u, v, lc, uc; cin>>u>>v>>lc>>uc;
        add(u, v, lc, uc);
        imo[u]-=lc, imo[v]+=lc;
    }   

    int tot=0;
    for(int i=1; i<=n; i++)
        if(imo[i]>0) add(S, i, 0, imo[i]), tot+=imo[i];
        else if(imo[i]<0) add(i, T, 0, -imo[i]);

    if(dinic()!=tot) puts("NO");
    else{
        puts("YES");
        for(int i=0; i<2*m; i+=2) cout<<e[i].l+e[i^1].c<<endl;
    }
    return 0;
}

接下来求有源汇上下界最大流

在上面,我们已经知道了怎样求无源汇上下界可行流,那先看看有源汇上下界可行流怎么求:方法其实很简单,将汇点 (t) 向源点 (s) 连一条容量 (∞) 的边(我们称之为虚边)即可,有个直观的比喻:就像是在汇点 (t) 连接一台水泵,将源点 (s) 流往 汇点 (t) 的水重新泵上去。这样做就将问题转换为了熟悉的无源汇上下界可行流问题。

简单来说:

(t) 向源点 (s) 连一条容量 (∞) 的边,得到循环流。

从虚拟源点 (S)(T) 跑一遍最大流。

记录 (t)(s) 连的边的流量(即虚边流量 (res_1) ),然后断开虚边,从 (s)(t) 跑一遍最大流得到新增的流量 (res_2) ,答案就是 (res_1+res_2)

注意到,无源汇上下界可行流对应的流网络与虚拟源汇点 (S,T) 相连的边都是满流,所以在跑完一遍最大流之后,与虚拟源汇点 (S,T) 相连的边都不可能再被用到,我们可以直接将它们全部拆掉,然后,再将虚边(水泵)拆掉,发现只需要加回补偿值(但事实上,因为 (t)(s) 连的边容量范围是 ([0,∞)) ,不需要进行补偿),所得到的流就是一个合法的有源汇上下界可行流了。

也就是说新图的可行流和原图(没有经过变换的,最原始的)的可行流是一一对应的,那么新图的最大流也必然是对应着原图的最大流了。

因此,最后我们从 (s)(t) 跑一遍最大流即可。

代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int N=1550, M=365+1000+365*1000+N<<1, INF=0x3f3f3f3f; 

int n, m, s, t, S, T;
struct node{
	int to, c, next;
}e[M];
int h[N], tot;

// 连边函数,有这样的性质:正向边^1=反向边
void add(int u, int v, int c){
	e[tot].to=v, e[tot].c=c, e[tot].next=h[u], h[u]=tot++;
	e[tot].to=u, e[tot].c=0, e[tot].next=h[v], h[v]=tot++;
}

int imo[N]; // imo 的意思是: in minus out 入减去出

int q[N], d[N], cur[N];
bool bfs(){
	memset(d, -1, sizeof d);
	int tt=-1, hh=0;
	q[++tt]=S, d[S]=0, cur[S]=h[S];
	while(tt>=hh){
		int hd=q[hh++];
		for(int i=h[hd]; ~i; i=e[i].next){
			int go=e[i].to;
			if(d[go]==-1 && e[i].c){
				d[go]=d[hd]+1;
				cur[go]=h[go];
				if(go==T) return true;
				q[++tt]=go;
			}
		}
	}
	return false;
}

int find(int u, int limit){
	if(u==T) return limit;
	int flow=0;
	for(int i=cur[u]; ~i && limit>flow; i=e[i].next){
		int go=e[i].to;
		cur[u]=i; // 当前弧优化
		if(d[go]==d[u]+1 && e[i].c){
			int t=find(go, min(e[i].c, limit-flow));
			if(!t) d[go]=-1;
			e[i].c-=t, e[i^1].c+=t, flow+=t;
		}
	}
	return flow;
}

int dinic(){
	int res=0, flow;
	while(bfs()) while(flow=find(S, INF)) res+=flow;
	return res;
}

int main(){
	while(cin>>n>>m){
		memset(h, -1, sizeof h), tot=0;
		memset(imo, 0, sizeof imo);
		
		s=0, t=n+m+1, S=n+m+2, T=S+1;
		for(int i=1; i<=m; i++){
			int G; cin>>G;
			add(i, t, INF-G);
			imo[i]-=G, imo[t]+=G;
		}
		
		for(int i=m+1; i<=m+n; i++){
			int C, D; cin>>C>>D;
			add(s, i, D); // 范围是 [0,D] 因此不需要更新 imo[]
			while(C--){
				int id, lc, uc; cin>>id>>lc>>uc;
				id++;
				add(i, id, uc-lc);
				imo[i]-=lc, imo[id]+=lc;
			}
		}
		
		int cnt=0;
		for(int i=0; i<=n+m+1; i++)
			if(imo[i]>0) add(S, i, imo[i]), cnt+=imo[i];
			else if(imo[i]<0) add(i, T, -imo[i]);
		
		add(t, s, INF); // 添加“水泵”
		
		if(dinic()!=cnt) cout<<-1<<endl<<endl;
		else{
			int res=e[tot-1].c;
			e[tot-1].c=0, e[tot-2].c=0;
			S=s, T=t;
			res+=dinic();
			cout<<res<<endl<<endl;
		}
	}
	return 0;
}
原文地址:https://www.cnblogs.com/Tenshi/p/14716271.html