HDU-#2255 奔小康赚大钱(二分图最佳完美匹配+KM)

本文介绍使用KM算法解决二分图最佳匹配问题的方法,具体应用在一个富裕村落重新分配房屋以实现利益最大化的场景中。通过详细解析KM算法的实现步骤及核心代码,帮助读者理解如何在实际问题中运用这一经典算法。

题目大意:一个富裕的村落要重新分配房屋,每家都会分到一个房子,由于村民都比较富裕,会对不同房子出一部分钱,然后村长要使利益最大,怎么去分,求获益的最大值?

解题思路:标准的二分匹配题目,每个人都必须分到,每个人对不同房间出不同的价钱,人与房子之间的二分匹配,使得利益最大化。就是求一个二分图最佳完美匹配的问题,直接利用KM算法就可以求得,详见code,注释很清楚了哈。

题目来源:http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=2255

code:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
using namespace std;

const int MAXN = 300+10;
const int inf = 0x3fffffff;
int n,d,val;
bool sx[MAXN],sy[MAXN]; //sx[i],sy[i]为左/右第i个点是否已标记
int match[MAXN],w[MAXN][MAXN]; //match为右边第i个编号,w为对应的边权值
int lx[MAXN],ly[MAXN]; //顶标

bool dfs (int u){
    sx[u] = true;  //将左顶标访问标记
	for (int v = 0; v < n; v++){ //对右顶标进行遍历匹配
		if (!sy[v] && lx[u]+ly[v]==w[u][v]){  //如果没有访问过且满足是最大边权值
			sy[v] = true; //将右顶标访问标记
			if (match[v] == -1 || dfs (match[v])){ //v点是否为孤立点,若v不是孤立点时dfs(match[v])寻找v所对应顶标的增广路
				match[v] = u; //如果能找到另一条增广路径就可以使v变成孤立点,从而使增广路径的长度加1
				return true;
			}
		}
	}
	return false;
}

int KM (){ //二分图最佳匹配KM算法
	int i, j, k, sum = 0;
	memset (ly, 0, sizeof(ly)); //构造可行顶标:将左顶标初始化为0,
	for (i = 0; i < n; i++){ //右顶标有则初始化为最大边权值,没有则初始化为负无穷
		lx[i] = -inf;
		for (j = 0; j < n; j++)
			if (lx[i] < w[i][j])
				lx[i] = w[i][j];
	}
	memset (match, -1, sizeof(match));
	for (i = 0; i < n; i++){
		while(1){
			memset (sx, false, sizeof(sx)); //初始化左右访问标记
			memset (sy, false, sizeof(sy));
			if (dfs(i)) break;  //存在完美匹配,则算法终止
            else {//否则修改顶标使得相等的子图的边变多,有更大机会存在完美匹配
                d = inf; //初始化修改顶标的数值,即两边加上和减去的值d
                for (j = 0; j < n; j++)	if (sx[j])
                    for (k = 0; k < n; k++)	if (!sy[k])
                            d = min(d, lx[j]+ly[k]-w[j][k]); //计算d值,左顶标实际减小值比d小,则不会有新边进入
                if (d == inf) //找不到完美匹配
                    return -1;
                for (j = 0; j < n; j++) //将左边顶标减少一个d
                    if (sx[j])
                        lx[j] -= d;
                for (j = 0; j < n; j++) //将右边顶标加上同样的值
                    if (sy[j])
                        ly[j] += d;
            }
		}
	}
	for (i = 0; i < n; i++) //最后对满足条件的边权求和可得
		if (match[i] > -1)
			sum += w[match[i]][i];
	return sum;
}

int main(){
    while(scanf("%d",&n)!=EOF){
        memset(w,0,sizeof(w));//初始化,求最大值可选择性初始化,求最小值一般要初始化为负无穷
        for(int i=0;i<n;i++)  //存边权,注意不能有负值
            for(int j=0;j<n;j++){
                scanf("%d",&val);
                w[i][j]=val;
            }
        printf("%d\n",KM());
    }
    return 0;
}


 



二分图匹配问题在图论中具有重要地位,其中匈牙利算法是一种经典的解决方案,适用于求解二分图的最大匹配问题。HDU1150(Lucky Numbers)和HDU2255(Stable Marriage)是两个经典的二分图匹配问题,通过使用匈牙利算法可以有效求解。 参考资源链接:[二分图匹配算法实现:匈牙利算法与KM算法](https://wenku.youkuaiyun.com/doc/601h4knr28?spm=1055.2569.3001.10343) 为了更好地理解如何实现这一算法,我强烈推荐参考《二分图匹配算法实现:匈牙利算法与KM算法》这本书。该书提供了二分图匹配算法的详细实现,包括匈牙利算法和KM算法的源代码,这些内容将直接帮助你解决HDU1150和HDU2255问题。 首先,我们来了解一下匈牙利算法的基本思路。匈牙利算法是一种通过增广路径来寻找最大匹配的方法。算法的核心思想是交替使用寻找增广路径的步骤和修改匹配的步骤。具体实现时,我们可以使用深度优先搜索(DFS)来寻找增广路径。 以下是使用匈牙利算法解决HDU1150和HDU2255问题的一个基本代码框架: ```cpp #include <iostream> #include <cstring> using namespace std; const int MAXN = 505; int n, m, match[MAXN], vis[MAXN]; int link[MAXN], cnt[MAXN], len, ans; bool g[MAXN][MAXN]; bool dfs(int x) { int i, v; for (i = 1; i <= m; i++) { if (!g[x][i] || vis[i]) continue; vis[i] = true; if (link[i] == -1 || dfs(link[i])) { link[i] = x; return true; } } return false; } void hungary() { for (int i = 1; i <= n; i++) { memset(vis, 0, sizeof(vis)); if (dfs(i)) ans++; } } int main() { while (cin >> n >> m && (n || m)) { memset(g, 0, sizeof(g)); // 根据问题输入构建二分图的邻接矩阵 // ... // 初始化link数组,用于存储匹配关系 memset(link, -1, sizeof(link)); ans = 0; hungary(); // 输出匹配数量或具体的匹配结果 // ... } return 0; } ``` 在上述代码中,`g`是一个邻接矩阵,用于表示二分图的边。`match`数组用于存储匹配结果,`link`数组用于临时记录当前的匹配状态。`dfs`函数用于寻找增广路径,而`hungary`函数则通过反复调用`dfs`来实现最大匹配的寻找。 为了适应HDU1150和HDU2255的具体问题,你需要对上述代码进行适当的调整,比如处理输入输出的格式,以及根据题目的特殊要求来构建邻接矩阵。 通过这本书《二分图匹配算法实现:匈牙利算法与KM算法》,你不仅可以学会如何编写适用于HDU1150和HDU2255问题的代码,还可以深入理解背后的算法原理,提高编程和算法的综合能力。 参考资源链接:[二分图匹配算法实现:匈牙利算法与KM算法](https://wenku.youkuaiyun.com/doc/601h4knr28?spm=1055.2569.3001.10343)
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