poj 3155 (最大密度子图)

题意:一个公司有n个人,给出了一些有冲突的人的对数(u,v),公司决定裁人,那么总裁现在要裁掉冲突率最高的那些人(冲突率=在这些人中存在的冲突数/人数)。就是求出一些点,这些点之间的边数/点数最大。最大密度子图。

思路:胡伯涛的论文《最小割模型在信息学竞赛中的应用》介绍了两种方法:

第一种:转换为最大权闭合图的模型来求解:

设max g = f(x)= |E‘|/|V’| ,找一个子图的边数与点数的比值达到其中的最大,我们通常都是构造一个函数max h(g)= |E’|-g*|V’|,当h(g)为0的时候,g的值即为最优,h(g)>0 时 g<最优值, h(g)<0时,g>最优值;因为如果最大值大于0那么我们就可以继续增加g的值来减小h(g),若最大值都小于0了,那么g不可能增加只可能减少!

观察h(g),边和点有依赖关系,就边依赖点,边存在的必要条件是点的存在,那么这样以后,如果我们将边看成点,那么这不就符合最大权闭合子图了。现在h(g)的求法就可以通过求新图的最大权闭合子图的值来求解,但是这里有个问题,建图之后你可以发现当求出来的值和h(g)原本应该为值不对应(具体为什么不怎么理解),可以这样理解,当最小的一个g使得h(g)为0的时候该解即为最优解,因为h(g)是以个单调递减函数,就该函数来看只可能存在一个g使得h(g)=0;然而通过求最大权闭合子图是子图权值和为0的有很多中g,当最小的一个g使得h(g)为0之后,如果g继续增大那么虽然通过最大权闭合子图的值求出来依旧为0,但是真正的h(g)< 0 了,所以要使得最优的一个解就是使得最大权闭合子图的权值和为0的最小的一个g值!这样求解之后从源点流到汇点为满流的边即为最大密度子图中的点。

第二种:

源点到各个点连接一条有向边权值为U,各个点到汇点连接一条边权值为U+2*g-d,原来有关系的点连接两条有向边(u,v),(v,u)权值为1(U可以取m,U的目的是用来使得2*g-d的值始终为正),这样以后求最小割,那么h(g)= (U*n-mincut)/2;二分找到最优值即为mid ,但是如果要求图中的点则需要用left来从新图求最大流之后然后从源点开始dfs遍历,最后得出结果。


第一种代码:


#include<stdio.h>
#include<string.h>
const int N=1500;
const double inf=0x3fffffff;
const double eps=1e-8;
int gap[N],dis[N],start,end,ans,sum,head[N],num,dep[N],n,m;
bool vis[N];
struct edge
{
	int st,ed,next;
	double flow;
}e[80*N];
struct node
{
	int x,y;
}P[1100];
void addedge(int x,int y,double w)
{
	e[num].st=x;e[num].ed=y;e[num].flow=w;e[num].next=head[x];head[x]=num++;
	e[num].st=y;e[num].ed=x;e[num].flow=0;e[num].next=head[y];head[y]=num++;
}
void makemap(double g)
{
	int i;
	memset(head,-1,sizeof(head));
	num=0;
	for(i=1;i<=n;i++)
		addedge(i,end,g);
	for(i=0;i<m;i++)
	{
		addedge(n+i+1,P[i].y,inf);
		addedge(n+i+1,P[i].x,inf);
		addedge(start,n+i+1,1.0);
	}
}
double dfs(int u,double minflow)  
{  
    if(u==end)return minflow;  
    int i,v;  
    double f,flow=0.0;  
    for(i=head[u];i!=-1;i=e[i].next)  
    {  
        v=e[i].ed;  
        if(e[i].flow>0)  
        {  
            if(dis[v]+1==dis[u])  
            {  
                f=dfs(v,e[i].flow>minflow-flow?minflow-flow:e[i].flow);  
                flow+=f;  
                e[i].flow-=f;  
                e[i^1].flow+=f;  
                if(minflow-flow<=1e-8)return flow;    
                if(dis[start]>=ans)return flow;    
            }  
        }  
    }  
    if(--gap[dis[u]]==0)  
        dis[start]=ans;  
    dis[u]++;  
    gap[dis[u]]++;  
    return flow;  
}  
double isap()  
{  
    double maxflow=0.0;  
    memset(gap,0,sizeof(gap));  
    memset(dis,0,sizeof(dis));  
    gap[0]=ans;  
    while(dis[start]<ans)  
        maxflow+=dfs(start,inf);  
    return 1.0*m-maxflow;   
}
void dfs1(int u)
{
	vis[u]=true;
	if(u>=1&&u<=n)
	sum++;
	for(int i=head[u];i!=-1;i=e[i].next)
	{
		int v=e[i].ed;
		if(vis[v]==false&&e[i].flow>0)
		  dfs1(v);
	}
}
int main()
{
	int i;
	double Left,Right,mid,flow;
	while(scanf("%d%d",&n,&m)!=-1)
	{
		if(m==0){printf("1\n1\n");continue;}
		start=0,end=n+m+1,ans=end+1;
		for(i=0;i<m;i++)
		{
			scanf("%d%d",&P[i].x,&P[i].y);
		}
		Left=0;Right=m;
		while(Right-Left>=1.0/n/n)//胡伯涛的论文给出了证明,不同解之间误差的精度不超过1/(n*n)  
		{
			mid=(Left+Right)/2;
			makemap(mid);
			flow=isap();//求出最大权值闭合图
			if(flow<eps)//如果小于0,g值太大
				Right=mid;
			else Left=mid;
		}
		makemap(Left);//最大密度建图
		isap();
		memset(vis,false,sizeof(vis));
		sum=0;
		dfs1(start);
		printf("%d\n",sum);
		for(i=1;i<=n;i++)
		  if(vis[i]==true)//残留网络中源点能到达的点
			  printf("%d\n",i);
	}
	return 0;
}

第二种代码:


#include<stdio.h>
#include<string.h>
const int N=110;
const double inf=0x3fffffff;
const double eps=1e-8;
int gap[N],dis[N],start,end,ans,sum,head[N],num,dep[N],n,m;
bool vis[N];
struct edge
{
	int st,ed,next;
	double flow;
}e[80*N];
struct node
{
	int x,y;
}P[1100];
void addedge(int x,int y,double w)
{
	e[num].st=x;e[num].ed=y;e[num].flow=w;e[num].next=head[x];head[x]=num++;
	e[num].st=y;e[num].ed=x;e[num].flow=0;e[num].next=head[y];head[y]=num++;
}
void makemap(double g)
{
	int i;
	memset(head,-1,sizeof(head));
	num=0;
	for(i=1;i<=n;i++)
	{
		addedge(start,i,m*1.0);
		addedge(i,end,m+2*g-dep[i]);
	}
	for(i=0;i<m;i++)
	{
		addedge(P[i].x,P[i].y,1.0);
		addedge(P[i].y,P[i].x,1.0);
	}
}
double dfs(int u,double minflow)  
{  
    if(u==end)return minflow;  
    int i,v;  
    double f,flow=0.0;  
    for(i=head[u];i!=-1;i=e[i].next)  
    {  
        v=e[i].ed;  
        if(e[i].flow>0)  
        {  
            if(dis[v]+1==dis[u])  
            {  
                f=dfs(v,e[i].flow>minflow-flow?minflow-flow:e[i].flow);  
                flow+=f;  
                e[i].flow-=f;  
                e[i^1].flow+=f;  
                if(minflow-flow<=1e-8)return flow;    
                if(dis[start]>=ans)return flow;    
            }  
        }  
    }  
    if(--gap[dis[u]]==0)  
        dis[start]=ans;  
    dis[u]++;  
    gap[dis[u]]++;  
    return flow;  
}  
double isap()  
{  
    double maxflow=0.0;  
    memset(gap,0,sizeof(gap));  
    memset(dis,0,sizeof(dis));  
    gap[0]=ans;  
    while(dis[start]<ans)  
        maxflow+=dfs(start,inf);  
    return maxflow;   
}
void dfs1(int u)//遍历要选的点
{
	vis[u]=true;
	sum++;
	for(int i=head[u];i!=-1;i=e[i].next)
	{
		int v=e[i].ed;
		if(vis[v]==false&&e[i].flow>0)
		  dfs1(v);
	}
}
int main()
{
	int i;
	double Left,Right,mid,hg;
	while(scanf("%d%d",&n,&m)!=-1)
	{
		if(m==0){printf("1\n1\n");continue;}
		start=0,end=n+1,ans=end+1;
		memset(dep,0,sizeof(dep));
		for(i=0;i<m;i++)
		{
			scanf("%d%d",&P[i].x,&P[i].y);
			dep[P[i].x]++;dep[P[i].y]++;
		}
		Left=0;Right=m;
		while(Right-Left>=1.0/n/n)//胡伯涛的论文给出了证明,不同解之间误差的精度不超过1/(n*n)
		{
			mid=(Left+Right)/2;
			makemap(mid);
			hg=isap();
			hg=(1.0*n*m-hg)/2;
			if(hg>eps)
				Left=mid;
			else Right=mid;
		}
		makemap(Left);//用mid值建图容易wa,因为你此时的mid不一定满足h(mid)>eps,但是Left一定是满足的
		isap();
		memset(vis,false,sizeof(vis));
		sum=0;
		dfs1(0);
		printf("%d\n",sum-1);
		for(i=1;i<=n;i++)
		  if(vis[i]==true)
			  printf("%d\n",i);
	}
	return 0;
}

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