算法与数据结构八日谈之一——图论算法

本文详细介绍图算法的关键概念和技术,包括图的遍历方法如BFS和DFS,解决最短路径问题的各种算法如Dijkstra和Bellman-Ford,以及处理网络流、最小生成树等问题的经典方法。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

1.图的遍历

图的bfs

-需要用到队列来保存节点信息

图的dfs

-递归版dfs可能爆栈,尽量使用手写栈或手动扩大栈容量

2.图的联通性

并查集维护不存在删边操作的动态图连通性

-在部分存在删边操作的情况下可以离线处理变成倒序加边

Tarjan算法求出无向图的割点和有向图的强连通分量

-利用时间戳的和dfs树的特性在 O(n) 时间求出

3.最短路问题

队列优化的Bellman-Ford算法

-代码简洁,可以处理负权环,但复杂度不靠谱,可能被卡

堆优化的Dijkstra算法

-速度快,在用stl的优先队列的情况下代码可以同样简洁

基于dfs的spfa算法

-在处理部分费用流问题时速度奇快无比,例如二分图

求全源最短路的Floyd算法

-代码四行,灵活,可求出最小环

4.网络流

Dinic算法

-大力出奇迹,绝大多数情况下没有超时,很难卡

费用流

-基于spfa的费用流
-zkw费用流

有上下界的网络流

-只需在原模型上稍作更改即可

最小割模型

-可以解决很多优化问题

5.二分图

二分图最大匹配

-匈牙利算法:常数小
-使用网络流求解

二分图最大权匹配

-KM算法,复杂度 O(n3) (可惜我不会)
-也可以使用最大费用最大流的方法求解,需要引入一个新的节点

6.拓扑排序

基于dfs的拓扑排序算法

-只需在访问完一个节点的所有后继后将当前点加入即可

7.差分约束系统

模型转换,用最短/长路算法解决

8.2-SAT问题

也可以用图论模型解决

9.最小生成树

Kruskal算法

-基于贪心的最小生成树算法,同样可以解决最大生成树

10.01分数规划问题

求最小平均权值环

-二分答案,每次重新建图,用dfs版的spfa判负环即可

下面是部分算法的代码实现

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

typedef long long ll;
typedef double db;

const int inf=0x3f3f3f3f;

int getint()
{
    int f=1,g=0;char c=getchar();
    while(c<'0' || c>'9'){if(c=='-')f=-1;c=getchar();}
    while(c>='0' && c<='9')g=(g<<3)+(g<<1)+c-'0',c=getchar();
    return f*g;
}

const int maxn=10005;

namespace Tarjan_One{//find the Cut_Vertex

    vector<int> g[maxn];

    void addedge(int from,int to)
    {
        g[from].push_back(to);
        g[to].push_back(from);
    }

    int dfn[maxn];
    int low[maxn];
    bool cut[maxn];
    int Index;  
    int n,m;

    void read()
    {
        n=getint();
        m=getint();
        int x,y;
        for(int i=1;i<=m;i++)
        {
            x=getint();
            y=getint();
            addedge(x,y);
        }
    }

    void dfs(int x,int fa)
    {
        dfn[x]=low[x]=++Index;
        int child=0;
        for(vector<int>::iterator it=g[x].begin();it!=g[x].end();it++)
        {
            int to=*it;
            if(!dfn[to])
            {
                dfs(to,x);
                child++;
                low[x]=min(low[x],low[to]);
                if(low[to]>=dfn[x])
                {
                    cut[x]=true;
                }
            }
            else if(dfn[to]<dfn[x] && to!=fa)
            {
                low[x]=min(low[x],dfn[to]);
            }
        }
        if(fa==0 && child==1)
        {
            cut[x]=false;
        }
    }   
    void solve()
    {
        read();
        dfs(1,0);
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            if(cut[i])
            {
                printf("%d ",i);
            }
        }
        puts("");
    }
}

namespace Tarjan_Two{//find the Strong_Connected_Compartment

    vector<int> g[maxn];

    void addedge(int from,int to)
    {
        g[from].push_back(to);
    }
    int n,m;
    int dfn[maxn];
    int Index;
    int low[maxn];
    int q[maxn];
    int top;
    bool inq[maxn];
    int scc;
    int belong[maxn];

    void dfs(int x)
    {
        dfn[x]=low[x]=++Index;
        q[++top]=x;inq[x]=true;
        for(vector<int>::iterator it=g[x].begin();it!=g[x].end();it++)
        {
            int to=*it;
            if(!dfn[to])
            {
                dfs(to);
                low[x]=min(low[x],low[to]);
            }
            else if(inq[to])
            {
                low[x]=min(low[x],dfn[to]);
            }
        }
        if(dfn[x]==low[x])
        {
            int temp=0;scc++;
            while(temp!=x)
            {
                temp=q[top--];
                inq[temp]=false;
                belong[temp]=scc;
            }
        }
    }
    void read()
    {
        n=getint();
        m=getint();
        int x,y;
        for(int i=1;i<=m;i++)
        {
            x=getint();
            y=getint();
            addedge(x,y);
        }
    }
    void solve()
    {
        read();
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            if(!dfn[i])dfs(i);
        }
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            printf("%d:%d ",i,belong[i]);
        }
        puts("");
    }   
}

namespace Find_Set{//find set

    int p[maxn];
    int n;

    void init(int nn){n=nn;for(int i=0;i<=n;i++)p[i]=i;}
    int find(int x){return p[x]==x ? x :p[x]=find(p[x]);}
    void uni(int x,int y){p[find(x)]=find(y);}
    bool same(int x,int y){return find(x)==find(y);}

}

namespace Network_Flow{//dinic
    struct edge{
    int from,to,cap;
    };


    vector<int> g[maxn];
    vector<edge> eds;
    int n;
    int h[maxn];
    queue<int> q;
    int ans;

    void addedge(int from,int to,int cap)
    {
        g[from].push_back(eds.size());
        eds.push_back((edge){from,to,cap});
        g[to].push_back(eds.size());
        eds.push_back((edge){to,from,0});
    }

    bool bfs()
    {
        memset(h,-1,sizeof(h));
        q.push(1);
        h[1]=0;
        int i;
        while(!q.empty())
        {
            int now=q.front();q.pop();
            for(i=0;i<g[now].size();i++)
            {
                edge e=eds[g[now][i]];
                if(h[e.to]==-1 &&e.cap)
                {
                    q.push(e.to);
                    h[e.to]=h[now]+1;
                }
            }
        }
        return h[n]!=-1;
    }

    int dfs(int x,int f)
    {
        if(x==n)return f;
        int use=0;
        int w;
        for(int i=0;i<g[x].size();i++)
        {
            edge& e1=eds[g[x][i]];
            edge& e2=eds[g[x][i]^1];
            if(h[x]+1==h[e1.to])
            {
                w=f-use;
                w=dfs(e1.to,min(e1.cap,w));
                e1.cap-=w;
                e2.cap+=w;
                use+=w;
                if(use==f)return f;
            }
        }
        if(!use)h[x]=-1;
        return use;
    }

    void dinic()
    {
        while(bfs())
        {
            ans+=dfs(1,inf);
        }   
    }
}

namespace Minimum_Cost_Maximum_Flow{

    struct edge{
        int from,to,cap,cost;
    };

    int s,t;

    vector<int> g[maxn];
    vector<edge> eds;

    void addedge(int from,int to,int cap,int cost)
    {
        g[from].push_back(eds.size());
        eds.push_back((edge){from,to,cap,cost});
        g[to].push_back(eds.size());
        eds.push_back((edge){to,from,0,-cost});
    }

    int d[maxn];
    bool inq[maxn];
    queue<int> q;
    int pre[maxn];

    bool spfa()
    {
        memset(d,0x3f,sizeof d);
        memset(pre,0x3f,sizeof pre);
        d[s]=0;
        q.push(s);
        inq[s]=true;
        while(!q.empty())
        {
            int x=q.front();q.pop();inq[x]=false;
            for(int i=0;i<g[x].size;i++)
            {
                edge e=eds[g[x][i]];
                if(d[e.to]>d[x]+e.cost && e.cap)
                {
                    d[e.to]=d[x]+e.cost;
                    pre[e.to]=g[x][i];
                    if(!inq[e.to])
                    {
                        q.push(e.to);
                        inq[e.to]=true;
                    }
                }
            }
        }
        return d[t]!=inf;
    }

    int mcmf()
    {
        int cost=0;
        int flow=0;
        while(spfa())
        {
            int fl=inf;
            int co=0;
            int p=t;
            while(p!=s)
            {
                fl=min(eds[pre[p]].cap,fl);
                co+=eds[pre[p]].cost;
                p=eds[pre[p]].from;
            }
            p=t;
            cost+=co*fl;
            flow+=fl;
            while(p!=s)
            {
                eds[pre[p]].cap-=fl;
                eds[pre[p]^1].cap+=fl;
                p=eds[pre[p]].from;
            }
        }
        return cost;
    }   
}

namespace Minimum_Everage_Weight_Circle{
    struct edge{
    int from,to;
    db len;
    };


    vector<edge> eds;
    vector<int> g[maxn];
    int n,m;
    db dis[maxn];
    bool mark[maxn];

    void addedge(int from,int to,db len)
    {
        g[from].push_back(eds.size());
        eds.push_back((edge){from,to,len});
    }

    bool flag;
    db temp;

    void spfa(int x)
    {
        mark[x]=1;
        for(int i=0;i<g[x].size();i++)
        {
            edge e=eds[g[x][i]];
            if(dis[x]+e.len<dis[e.to])
            {           
                if(!mark[e.to])
                {
                    dis[e.to]=dis[x]+e.len;
                    spfa(e.to);
                }
                else flag=true;
                if(flag)return;
            }
        }
        mark[x]=0;
    }

    bool check(db mid)
    {
        memset(mark,0,sizeof mark);
        memset(dis,0,sizeof dis);
        for(int i=0;i<eds.size();i++)
        {
            eds[i].len-=mid;
        }
        flag=false;
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {       
            spfa(i);
            if(flag)
            {
                for(int i=0;i<eds.size();i++)
                {
                    eds[i].len+=mid;
                }
                return true;
            }
        }
        for(int i=0;i<eds.size();i++)
        {
            eds[i].len+=mid;
        }
        return false;
    }
}

namespace Hungarian_Algorithm{

    vector<int> g[maxn];

    int lk[maxn];
    bool y[maxn];
    int n;
    int m;

    void addedge(int from,int to)
    {
        vector[from].push_back(to);
        vector[to].push_back(from);
    }

    bool find(int x)
    {
        for(vector<int>::iterator it=g[x].begin();it!=g[x].end();it++)
        {
            int to=*it;
            if(!y[to])
            {
                y[to]=true;
                if(!lk[to] || find(lk[to]))
                {
                    lk[to]=x;
                    lk[x]=to;
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

    void solve()
    {
        int cnt=0;
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            memset(y,false,sizeof y);
            if(find(i))cnt++;
        }
    }

}

namespace Dijkstra{

    struct edge{
        int to,len;

        bool operator < (const edge &e)const
        {
            return len<e.len;
        }               
    };

    vector<edge> g[maxn];
    int s,t;

    void addedge(int from,int to,int len)
    {
        g[from].push_back((edge){to,len});
        g[to].push_back((edge){from,len});
    }

    priority_queue<edge> q;
    int d[maxn];

    void dijkstra()
    {
        memset(d,0x3f,sizeof d);
        d[s]=0;
        q.push((node){s,0});
        while(!q.empty())
        {
            edge ed=q.top();q.pop();
            int x=ed.to;
            if(ed.len>d[x])continue;
            for(int i=0;i<g[x].size();i++)
            {
                edge e=g[x][i];
                if(d[e.to]>d[x]+e.len)
                {
                    d[e.to]=d[x]+e.len;
                    q.push((edge){e.to,d[e.to]});
                }
            }
        }
    }
}

int main()
{
    return 0;
}
### 蓝桥杯2020年Java研究生组题目解析 蓝桥杯竞赛中的构造类问题通常涉及多种算法和技巧的应用。以下是关于蓝桥杯2020年Java研究生组的相关题目及其解题思路的分析。 #### 常见构造类问题分类 构造类问题是蓝桥杯的重要组成部分之一,其特点是没有固定的模板或通解方法,需根据具体题目灵活应对。常见的构造类问题可以分为以下几种类型[^1]: - **数学问题**:构造满足特定条件的数列、集合或排列组合。 - **图论问题**:构建满足某些约束条件的图结构,如树、有向图等。 - **字符串处理**:设计符合特定属性的字符串,例如回文串或循环字符串。 - **组合排列**:基于给定条件生成符合条件的排列或组合。 - **游戏策略**:设计具有挑战性的游戏规则,测试参赛者的策略思维能力。 - **逻辑推理**:创建复杂的逻辑谜题,要求选手依据提示推导出最终答案。 - **数据结构**:构建特殊的抽象数据模型(如堆、队列),并在此基础上完成指定操作。 - **动态规划**:建立状态转移方程来解决最优化问题。 - **贪心算法**:制定局部最优的选择方案以达到全局最佳效果。 - **模拟问题**:重现现实世界的情境或流程,通过逐步执行获得结果。 #### 特殊日期计算实例——黑色星期五 针对具体的日期运算案例,“黑色星期五”问题提供了一个很好的示范。此题的核心在于如何有效判定某一年度内的所有十三号是否落在周五之上。解决方案如下所示[^2]: 为了简化复杂程度,假设初始时间为公元1998年元月一日对应于周四,则可以通过逐年累加天数的方式快速定位目标年度首日属于周几;接着逐月核查当月中第十三天所处位置即可统计全年此类现象发生频次。 ```python def is_leap_year(year): """判断是否为闰年""" if (year % 4 == 0 and year % 100 != 0) or (year % 400 == 0): return True return False def get_day_of_week(start_year, target_year): """获取target_year年1月1日相对于start_year年1月1日的星期偏移量""" days_in_month = [31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31] total_days = 0 for y in range(start_year, target_year): total_days += 365 if is_leap_year(y): total_days += 1 day_offset = total_days % 7 return day_offset def count_black_friday(target_year): start_year = 1998 first_day_index = get_day_of_week(start_year, target_year) black_fridays_count = 0 months_with_30_or_more_days = {1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11} current_day_index = first_day_index leap_flag = is_leap_year(target_year) for month in range(1, 13): thirteenth_day_index = (current_day_index + 12) % 7 if thirteenth_day_index == 4: # 星期五索引设为4 black_fridays_count += 1 if month in months_with_30_or_more_days: current_day_index = (current_day_index + 30) % 7 elif month == 2: if leap_flag: current_day_index = (current_day_index + 29) % 7 else: current_day_index = (current_day_index + 28) % 7 return black_fridays_count ``` 上述代码实现了对任意给定年份中“黑色星期五”的计数功能。它首先定义了辅助函数用于检测闰年以及计算跨多个整年后每一天的具体分布状况,随后逐一考察各个月份里是否存在符合条件的日子,并累积总数作为输出结果返回。 #### 数据范围说明 对于部分评测样例而言,可能存在额外的数据规模限制条件。比如,在某个实际例子当中提到过这样的规定:“对于百分之二十的小型样本集来说,a2+a3+a4不会超过数值八。”而就整体一百个百分比覆盖范围内来看,则进一步明确了q的最大取值不得超过百位数界限,同时b4+b6也应小于等于由前述变量构成之总和的一半即五十以内[^3]。 这些细节上的界定有助于开发者合理分配资源并对程序性能做出适当调整,确保能够在限定时间内顺利完成全部任务而不至于因超出内存占用或是运行时间超限而导致失败。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值