[POJ 1985] Cow Marathon (树的直径)

Cow Marathon

题目链接:http://poj.org/problem?id=1985

题目大意:

有一个颗树,保证无环。现在要求树上结点之间的最大距离。

解题思路:

树的直径
可以随便选择一个点开始进行bfs或者dfs,从而找到离该点最远的那个点(可以证明,离树上任意一点最远的点一定是树的某条直径的两端点之一;树的直径:树上的最长简单路径)。再从找到的点出发,找到据该点的最远点,那么这两点就确定了树的一条直径,两点间距即为所求距离。

using namespace std;
struct node
{
    int x, w;
};
int n, m, mx = 0, k;
vector<node> v[maxn];
int vis[maxn] = {0};
void dfs(int x, int s)
{
    if (s > mx) mx = s, k = x;
    for (int i = 0; i < v[x].size(); i++) if (!vis[v[x][i].x])
    {
        vis[v[x][i].x] = 1;
        dfs(v[x][i].x, s + v[x][i].w);
        vis[v[x][i].x] = 0;
    }
}
int main ()
{
    while(scanf("%d%d", &n, &m) != EOF)
    {
        int x, y;
        node tmp;
        char ch;
        for (int i = 0; i <= n; i++) v[i].clear();
        while(m--)
        {
            scanf("%d%d%d %c", &x, &y, &tmp.w, &ch);
            tmp.x = y, v[x].push_back(tmp);
            tmp.x = x, v[y].push_back(tmp);
        }
        mx = 0;
        mem(vis, 0), vis[1] = 1;
        dfs(1, 0);
        mem(vis, 0), vis[k] = 1;
        dfs(k, 0);
        cout<<mx<<endl;
    }
    return 0;
}


### 解题思路 POJ 3613 Cow Relays 问题要求计算在给定的图中,从起点到终点恰好经过 $k$ 条边的最短路径。常规的暴力解法,即每次走一步更新最短路径,时间复杂度为 $O(k * n^3)$,效率较低。可利用二进制思想和矩阵快速幂的方法,将时间复杂度优化到 $O(logK * n^3)$ [^2]。 具体思路如下: 1. **图的表示**:使用邻接矩阵来表示图,矩阵中的元素 `mat[i][j]` 表示从节点 `i` 到节点 `j` 的最短距离,初始值设为无穷大 `INF`。 2. **矩阵乘法的定义**:普通矩阵乘法是对应元素相乘再相加,而这里定义的矩阵乘法是对应元素相加再取最小值。即 `C.mat[i][j] = min(C.mat[i][j], A.mat[i][k] + B.mat[k][j])`,表示从节点 `i` 经过节点 `k` 到节点 `j` 的最短距离。 3. **矩阵快速幂**:通过不断地将矩阵自乘,利用二进制的思想,快速计算出经过 $k$ 条边的最短路径矩阵。 4. **节点编号映射**:由于节点编号可能不连续,使用一个数组 `f` 来将原始节点编号映射到连续的编号,方便矩阵操作。 ### 代码实现 以下是实现该算法的 C++ 代码: ```cpp #include <stdio.h> #include <string.h> #include <algorithm> #include <iostream> using namespace std; #define INF ((1<<30)-1) int n; struct matrix { int mat[201][201]; matrix() { for(int i = 0; i < 201; i++) for(int j = 0; j < 201; j++) mat[i][j] = INF; } }; int f[2001]; matrix mul(matrix A, matrix B) { matrix C; int i, j, k; for(i = 1; i <= n; i++) { for(j = 1; j <= n; j++) { for(k = 1; k <= n; k++) { C.mat[i][j] = min(C.mat[i][j], A.mat[i][k] + B.mat[k][j]); } } } return C; } matrix powmul(matrix A, int k) { matrix B; for(int i = 1; i <= n; i++) B.mat[i][i] = 0; while(k) { if(k & 1) B = mul(B, A); A = mul(A, A); k >>= 1; } return B; } int main() { matrix A; int k, t, s, e, a, b, c; scanf("%d%d%d%d", &k, &t, &s, &e); int num = 1; while(t--) { scanf("%d%d%d", &c, &a, &b); if(f[a] == 0) f[a] = num++; if(f[b] == 0) f[b] = num++; A.mat[f[a]][f[b]] = A.mat[f[b]][f[a]] = c; } n = num - 1; A = powmul(A, k); cout << A.mat[f[s]][f[e]] << endl; return 0; } ``` ### 代码解释 1. **结构体 `matrix`**:定义了一个矩阵结构体,用于存储图的邻接矩阵,构造函数将矩阵元素初始化为无穷大。 2. **函数 `mul`**:实现了自定义的矩阵乘法,计算两个矩阵相乘的结果。 3. **函数 `powmul`**:实现了矩阵快速幂,通过不断地将矩阵自乘,快速计算出经过 $k$ 条边的最短路径矩阵。 4. **主函数 `main`**:读取输入数据,将节点编号映射到连续的编号,初始化邻接矩阵,调用 `powmul` 函数计算经过 $k$ 条边的最短路径矩阵,最后输出从起点到终点的最短距离。
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