【矩阵乘法 floyd】洛谷_2886 牛继电器Cow Relays

本文探讨了一种使用矩阵快速幂求解特定边数的最短路径问题的方法。通过离散化图的节点并利用矩阵运算,实现了从起点到终点恰好经过N条边的最短路径计算,适用于边数不超过100且点编号在1至1000之间的图。

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题意

一张TTT条边的图,点的编号在1∼10001\sim100011000之间。求出从起点SSS到终点EEE刚好经过NNN条边的最短路。

思路

因为边最多只有100100100条,而点编号在1∼10001\sim100011000内,所以点数最多只有200200200个,然后我们可以先离散化。
离散化数据把它映射到1∼P1\sim P1P的编号中。设AAA为这个图的邻接矩阵,我们可以看看这个方程:
b[i][j]=min1≤k≤p(A[i][k]+A[k][j])b[i][j]=\underset{1\leq k\leq p}{min}(A[i][k]+A[k][j])b[i][j]=1kpmin(A[i][k]+A[k][j])
因为AAA是初始矩阵,所以代表经过111条边的最短路径。然而BBB是从AAA得来,我们枚举了一个断点kkk,所以BBB是两条边的最短路。
我们设矩阵AnA^nAn保存两点之间刚好经过nnn条路的最短路,可以得出:
(Ar+m)[i][j]=min1≤k≤p((Ar)[i][k]+(Am)[k][j])(A^{r+m})[i][j]=\underset{1\leq k\leq p}{min}((A^r)[i][k]+(A^m)[k][j])(Ar+m)[i][j]=1kpmin((Ar)[i][k]+(Am)[k][j])
我们发现这个东西和矩阵乘法很像,只不过求和变成求最值,乘积变成和。因为是求最值,显然可以得出这个矩阵乘法也满足结合律,然后我们就可以用快速幂加速来做了。

代码

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>

int N, T, S, E, P;
int id[1001];
struct matrix{
    int a[201][201];
}f;

matrix operator *(matrix &a, matrix &b) {
    matrix c;
    memset(c.a, 127 / 3, sizeof(c.a));
    for (int i = 1; i <= P; i++)
        for (int j = 1; j <= P; j++)
            for (int k = 1; k <= P; k++)
                c.a[i][j] = std::min(c.a[i][j], a.a[i][k] + b.a[k][j]);
    return c;
}

void ksm(matrix &f, int b) {
    matrix result = f;//答案先存了f所以指数-1
    for (; b; b >>= 1) {
        if (b & 1) result = result * f;
        f = f * f;
    }
    f = result;
}

int main() {
    scanf("%d %d %d %d", &N, &T, &S, &E);
    memset(f.a, 127 / 3, sizeof(f.a));
    for (int i = 1, x, y, z; i <= T; i++) {
        scanf("%d %d %d", &z, &x, &y);
        x = id[x] ? id[x] : id[x] = ++P;
        y = id[y] ? id[y] : id[y] = ++P;//离散
        f.a[x][y] = f.a[y][x] = std::min(f.a[x][y], z);
    }
    ksm(f, N - 1);
    printf("%d", f.a[id[S]][id[E]]);
}
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