网络流24题——方格取数问题

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题目链接:https://www.luogu.org/problemnew/show/P2774

【问题分析】

二分图点权最大独立集,转化为最小割模型,从而用最大流解决。

【建模方法】

首先把棋盘黑白染色,使相邻格子颜色不同,所有黑色格子看做二分图X集合中顶点,白色格子看做Y集合顶点,建立附加源S汇T。

1、从S向X集合中每个顶点连接一条容量为格子中数值的有向边。
2、从Y集合中每个顶点向T连接一条容量为格子中数值的有向边。
3、相邻黑白格子Xi,Yj之间从Xi向Yj连接一条容量为无穷大的有向边。
wan
求出网络最大流,要求的结果就是所有格子中数值之和减去最大流量。

【建模分析】

这是一个二分图最大点权独立集问题,就是找出图中一些点,使得这些点之间没有边相连,这些点的权值之和最大。独立集与覆盖集是互补的,求最大点权独立集可以转化为求最小点权覆盖集(最小点权支配集)。最小点权覆盖集问题可以转化为最小割问题解决。结论:最大点权独立集 = 所有点权 - 最小点权覆盖集 = 所有点权 - 最小割集 = 所有点权 - 网络最大流。

对于一个网络,除去冗余点(不存在一条ST路径经过的点),每个顶点都在一个从S到T的路径上。割的性质就是不存在从S到T的路径,简单割可以认为割边关联的非ST节点为割点,而在二分图网络流模型中每个点必关联到一个割点(否则一定还有增广路,当前割不成立),所以一个割集对应了一个覆盖集(支配集)。最小点权覆盖集就是最小简单割,求最小简单割的建模方法就是把XY集合之间的变容量设为无穷大,此时的最小割就是最小简单割了。

有关二分图最大点权独立集问题,更多讨论见《最小割模型在信息学竞赛中的应用》作者胡伯涛。

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int MAXN = 20005;
const int MAXM = 110000;
const int INF = 0x3f3f3f3f;
struct Edge1
{
	int from,to,cap,flow;
};
struct Dinic
{
	int n,m,s,t;
	vector<Edge1> edges;
	vector<int> G[MAXN];
	bool vis[MAXN];
	int d[MAXN];
	int cur[MAXN];
	void init(int n)
	{
		this -> n = n;
		for(int i = 0; i <= n + 1; i++){
			G[i].clear();
		}
		edges.clear();
	}
	void AddEdge(int from,int to,int cap)
	{
		edges.push_back((Edge1){from,to,cap,0});
		edges.push_back((Edge1){to,from,0,0});
		m = edges.size();
		G[from].push_back(m - 2);
		G[to].push_back(m - 1);
	}
	bool BFS()
	{
		memset(vis,0,sizeof(vis));
		queue<int> Q;
		Q.push(s);
		d[s] = 0;
		vis[s] = 1;
		while(!Q.empty()) {
			int x = Q.front();
			Q.pop();
			for(int i = 0; i < G[x].size(); i++) {
				Edge1& e = edges[G[x][i]];
				if(!vis[e.to] && e.cap > e.flow) {
					vis[e.to] = 1;
					d[e.to] = d[x] + 1;
					Q.push(e.to);
				}
			}
		}
		return vis[t];
	}
	int DFS(int x,int a)
	{
		if(x == t || a == 0) return a;
		int flow = 0,f;
		for(int& i = cur[x]; i < G[x].size(); i++) {
			Edge1& e = edges[G[x][i]];
			if(d[x] + 1 == d[e.to] && (f = DFS(e.to,min(a,e.cap - e.flow))) > 0) {
				e.flow += f;
				edges[G[x][i] ^ 1].flow -= f;
				flow += f;
				a -= f;
				if(a == 0) break;
			}
		}
		return flow;
	}
	int Maxflow(int s,int t) {
		this -> s = s,this -> t = t;
		int flow = 0;
		while(BFS()) {
			memset(cur,0,sizeof(cur));
			flow += DFS(s,INF);
		}
		return flow;
	}
}din;
int a[105][105];
int main(void)
{
    int m,n;
    while(scanf("%d %d",&m,&n) != EOF) {
        int S = 0,T = n * m + 1;
        int sum = 0;
        din.init(n * m + 2);
        for(int i = 1; i <= m; i++) {
            for(int j = 1; j <= n; j++) {
                scanf("%d",&a[i][j]);
                sum += a[i][j];
            }
        }
        for(int i = 1; i <= m; i++) {
            for(int j = 1; j <= n; j++) {
                int id = (i - 1) * n + j;
                if((i + j) % 2) {
                    din.AddEdge(S,id,a[i][j]);
                    if(j > 1) din.AddEdge(id,id - 1,INF);
                    if(j < n) din.AddEdge(id,id + 1,INF);
                    if(i > 1) din.AddEdge(id,id - n,INF);
                    if(i < m) din.AddEdge(id,id + n,INF);
                }
                else din.AddEdge(id,T,a[i][j]);
            }
        }
        printf("%d\n",sum - din.Maxflow(S,T));
    }
    return 0;
}

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