洛谷 P3063 [USACO12DEC]牛奶的路由Milk Routing(dijskra 最短路) 题解

本文介绍了一种基于最短路径算法的改进方案,用于解决特定条件下的路径选择问题。该问题涉及在一个带有延迟和容量限制的网络中找到从起点到终点的最优路径,以最小化运输X单位货物所需的总时间。

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题目来源:

https://www.luogu.org/problemnew/show/P3063

题目描述:

题目背景

征求翻译。如果你能提供翻译或者题意简述,请直接发讨论,感谢你的贡献。

题目描述

Farmer John's farm has an outdated network of M pipes (1 <= M <= 500) for pumping milk from the barn to his milk storage tank. He wants to remove and update most of these over the next year, but he wants to leave exactly one path worth of pipes intact, so that he can still pump milk from the barn to the storage tank.

The pipe network is described by N junction points (1 <= N <= 500), each of which can serve as the endpoint of a set of pipes. Junction point 1 is the barn, and junction point N is the storage tank. Each of the M bi-directional pipes runs between a pair of junction points, and has an associated latency (the amount of time it takes milk to reach one end of the pipe from the other) and capacity (the amount of milk per unit time that can be pumped through the pipe in steady state). Multiple pipes can connect between the same pair of junction points.

For a path of pipes connecting from the barn to the tank, the latency of the path is the sum of the latencies of the pipes along the path, and the capacity of the path is the minimum of the capacities of the pipes along the path (since this is the "bottleneck" constraining the overall rate at which milk can be pumped through the path). If FJ wants to send a total of X units of milk through a path of pipes with latency L and capacity C, the time this takes is therefore L + X/C.

Given the structure of FJ's pipe network, please help him select a single path from the barn to the storage tank that will allow him to pump X units of milk in a minimum amount of total time.

农民约翰的农场有一套老旧的管网,管网由M条管道(1<=M<=500)构成,用于将牛奶从谷仓运到储奶罐。 他想在明年移除和更新大部分管道,但他想原封不动地保留一条完整的路径,这样他仍然可以把牛奶从谷仓输送到储罐。

管网由N个节点(1<=N<=500)组成,每个点都可以作为一组管道的端点。结点1是谷仓,结点N是储罐。M条双向管道中的每一条都连接一对节点,并且都有一个延迟值(牛奶达到管的另一端的用时)和容量值(单位时间内可以稳定通过管道的牛奶量)。多条管道可以连接同一对节点。

对于一条连接谷仓与储罐的路径,路径的延迟等于沿途所有管道的延迟之和,路径的容量等于沿途管道最小的容量(因为这是制约牛奶运送的“瓶颈”)。如果约翰通过一条延迟为L、容量为C的管道运送X个单位的牛奶,需要的时间为L+X/C。

给出约翰的管网结构,请帮助他选择一条路径,使得他从谷仓到储罐运送X个单位牛奶的总时间最少。

输入输出格式

输入格式:

 

* Line 1: Three space-separated integers: N M X (1 <= X <= 1,000,000).

* Lines 2..1+M: Each line describes a pipe using 4 integers: I J L C. I and J (1 <= I,J <= N) are the junction points at both ends of the pipe. L and C (1 <= L,C <= 1,000,000) give the latency and capacity of the pipe.

第1行:三个空格分隔的整数:N M X(1<=X<=1000000)。

第2行到第M+1行:每一行描述一条管道,有4个整数:I J L C。I和J(1<=I,J<=N)是这条管道连接的两个点。L和C(1<=L,C<=1000000)是这条管道的延迟和容量。

 

输出格式:

 

* Line 1: The minimum amount of time it will take FJ to send milk along a single path, rounded down to the nearest integer.

第1行:约翰沿着一条路径送牛奶花费的最少的时间,向下取整到最近的整数。

 

输入输出样例

输入样例#1: 复制

3 3 15 
1 2 10 3 
3 2 10 2 
1 3 14 1 

输出样例#1: 复制

27 

说明

FJ wants to send 15 units of milk through his pipe network. Pipe #1 connects junction point 1 (the barn) to junction point 2, and has a latency of 10 and a capacity of 3. Pipes #2 and #3 are similarly defined.

The path 1->3 takes 14 + 15/1 = 29 units of time. The path 1->2->3 takes 20 + 15/2 = 27.5 units of time, and is therefore optimal.

约翰想要通过管网运送15个单位的牛奶。管道1连接节点1(谷仓)和节点2,延迟为10,容量为3。管道2和管道3也以相似的方式来定义。

路径1->3花费14+15/1=29个单位的时间。路径1->2->3花费20+15/2=27.5个单位的时间,用时最少。

解题思路:

        有n个点,m条边,每一条边有一个延迟和容量,求x容量的物品从1到n的最小花费,每条路径的总花费是所有边延迟之和再加上X/(所有边中的最小的容量)。

        就是用最短路模板跑一遍,dij或者spfa都可以,关键就是要记录下每一条路径的最小容量是多少,再每次松弛的时候就更新最小容量,dis【】就是X/(更新的最小容量)-X/(上一次最小容量),就可以跑模板了。

代码:

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<queue>
#include<algorithm>
#include<stack>
#include<vector>
#include<cstdio>
#define ll long long
#define inf 1e9+10
using namespace std;
const int maxn=1e3;
struct newt
{
    int to,next,limit,cost;
}e[maxn*maxn];
int n,cnt,m,vis[maxn],head[maxn],lj[maxn];
double dis[maxn];
priority_queue<pair<double,int> >q;//优先队列优化
void addedge(int u,int v,int cost,int limit)//邻接表存边
{
    e[cnt].to=v;
    e[cnt].limit=limit;
    e[cnt].cost=cost;
    e[cnt].next=head[u];
    head[u]=cnt++;
}
int main()
{

    memset(head,-1,sizeof(head));
    cnt=0;int X;
    scanf("%d%d%d",&n,&m,&X);
    for(int i=1;i<=n;i++)dis[i]=1e9+10,lj[i]=1e9+10;
    for(int i=1;i<=m;i++)
    {
        int  a,b,cost,limit;
        scanf("%d%d%d%d",&a,&b,&cost,&limit);
        addedge(a,b,cost,limit);
        addedge(b,a,cost,limit);
    }
    q.push(make_pair(0,1));
    dis[1]=0;
    while(!q.empty())
    {
        int now=q.top().second;
        q.pop();
        if(vis[now])continue;
        vis[now]=1;
        for(int i=head[now];i!=-1;i=e[i].next)
        {
            int v=e[i].to,limit=e[i].limit,cost=e[i].cost;
            double val;
           // printf("%d %d %d %d\n",now,v,limit,cost);
            if(limit>=lj[now])//判断最小容量是否更新
            {
                val=cost+double(X/lj[now]);
                if(dis[v]>dis[now]+val-double(X/lj[now]))//记得要减掉上一次的容量花费
                dis[v]=dis[now]+val-double(X/lj[now]),lj[v]=min(lj[now],limit),q.push(make_pair(-dis[v],v));
            }
            else
            {
                val=cost+double(X/limit);
                if(dis[v]>dis[now]+val-double(X/lj[now]))
                dis[v]=dis[now]+val-double(X/lj[now]),lj[v]=min(lj[now],limit),q.push(make_pair(-dis[v],v));
            }
        }
    }
    //for(int i=1;i<=n;i++)printf("%d ",lj[i]);
    int ans=int(dis[n]);//向下取整
    printf("%d\n",ans);
    return 0;
}

 

<think>题目:洛谷P1700 [USACO19OPEN] Milk Factory B 题目描述:有一个牛奶加工厂,有N个站点(编号1到N),站点之间有传送带,传送带是单向的。现在要找一个站点,使得从这个站点出发,能够到达所有其他站点(允许通过传送带间接到达)。如果存在多个这样的站点,则选择编号小的。如果没有这样的站点,则输出-1。 输入格式: 第一行:整数N(1≤N≤100),表示站点的数量。 接下来N-1行:每行两个整数a和b,表示有一条从a到b的传送带(注意是单向边,方向是a->b)。 输出格式: 输出满足条件的站点编号,如果没有则输出-1。 分析: 题目要求找到一个点,使得从这个点出发可以到达所有其他点。实际上,这就是在图中寻找一个“根”节点,使得从该节点出发可以遍历整个图(注意图是有向的,且边数为N-1,所以图是树?但注意:题目中并没有保证是树,因为可能有多个父节点?但题目只给了N-1条边,所以实际上是一个有向图,且边数比节点数少1,因此它可能是一个有向无环图(DAG)或者有环?但题目没有说,不过N-1条边,如果有环则无法形成连通图(因为树是无环的),但这里是有向图,所以可能形成树或者森林?然而题目要求能够到达所有其他站点,所以图必须是连通的(弱连通?)。 注意:题目中只给出了N-1条边,所以整个图是一个有向图,且边数比节点数少1,那么它可能是一棵有向树(但方向不一定是从根向叶子,因为题目输入是a->b,所以可能是从a指向b)。但是,题目没有保证边的方向是从根向叶子,所以我们需要考虑。 由于图只有N-1条边,所以整个图可能是一个有向无环图(DAG)并且是一棵树(即基图是一棵树,但方向任意)。但注意:树中边的方向通常是从根向叶子,但这里可能反过来?所以我们需要判断。 然而,题目要求的是:存在一个点,从它出发可以到达所有其他点。那么我们可以尝试对每一个点进行DFS/BFS,检查从这个点出发能否遍历所有节点。因为N大为100,所以对每个点做一次DFS/BFS,总时间复杂度为O(N*(N+E)) = O(100*(100+99)) ≈ 100*200 = 20000,可以接受。 步骤: 1. 读入N。 2. 构建图:使用邻接表。 3. 对于每个节点i(从1到N),执行BFS/DFS,记录从i出发能够访问到的节点数。 4. 如果能够访问到所有N个节点(包括自己),则记录这个节点。 5. 在记录的所有节点中,选择编号小的输出;如果没有,输出-1。 注意:图是有向的,所以边a->b,只能从a到b,不能反向。 代码实现: 我们将使用BFS,因为BFS使用队列,非递归,且对于100个节点来说很安全。 具体步骤: 1. 读入N,然后读入N-1行,每行两个整数a和b,构建有向边:graph[a].push_back(b) (注意:题目中传送带方向是a->b)。 2. 对于每个节点i(1~N): 初始化visited数组(大小为N+1,全部为false),初始化队列,将i入队,标记visited[i]=true。 然后进行BFS:每次从队列中取出一个节点u,遍历u的所有邻居v,如果v没有被访问过,则标记并加入队列。 统计访问过的节点数(count)。 3. 如果count等于N,则说明节点i满足条件。 4. 遍历完所有节点后,如果存在满足条件的节点,输出小的节点编号;否则输出-1。 注意:可能存在多个满足条件的节点,我们只需要小的那个,所以一旦找到一个满足条件的节点,我们可以记录它的编号,然后继续找,后取小的(或者我们按节点编号从小到大遍历,那么第一个满足条件的节点就是小的,但题目要求多个时取小,所以我们可以按节点编号从小到大遍历,找到第一个满足条件的就输出并退出?不行,因为可能有多个,但我们需要小的,所以即使找到一个,后面可能有更小的?不对,节点编号是从1到N,我们从小到大遍历,所以第一个满足条件的节点就是小的节点?不对,因为节点编号是1,2,...,N,我们按节点编号顺序遍历,那么第一个满足条件的节点就是小的节点吗?但是,我们遍历的顺序是1,2,...,N,所以当我们找到第一个满足条件的节点时,它一定是编号小的(因为编号小的先遍历)。所以我们可以这样:从1到N遍历,一旦找到一个节点满足条件,就记录答案并跳出循环?不行,因为可能节点1不满足,节点2满足,但节点3也满足,而节点2比节点3小,所以我们应该记录所有满足条件的节点?然后取小值?或者因为我们是按从小到大的顺序遍历,所以第一个满足条件的节点就是小的?不对,因为节点1满足条件,那么它就是小的;节点1不满足,节点2满足,那么节点2就是当前小的;节点3满足条件但是比节点2大,所以我们在遍历到节点2时就可以记录并继续找更小的?不对,因为节点编号是递增的,后面不会出现比2更小的节点了。所以当我们按节点编号从小到大遍历时,第一个满足条件的节点就是小的节点,可以直接输出并结束?不对,因为可能节点1不满足,节点2满足,然后节点3也满足,但是节点2比节点3小,所以我们在节点2满足时就可以输出节点2并结束循环(因为后面节点编号都比2大,所以小的就是2)。因此,我们可以按节点编号从小到大遍历,一旦遇到一个满足条件的节点,就输出它并结束程序(因为后面即使有满足条件的节点,编号也更大,所以第一个满足条件的节点就是小的)。如果没有遇到,后输出-1。 但是,如果我们从1到N遍历,那么第一个满足条件的节点就是小的,所以我们可以: for (int i=1; i<=N; i++) { 进行BFS,统计从i出发能到达的节点数count if (count == N) { cout << i << endl; return 0; // 结束程序 } } // 如果循环结束还没找到 cout << -1 << endl; 这样是可行的。 但是,注意:题目要求是“如果存在多个这样的站点,则选择编号小的”,而我们的遍历顺序是1到N,所以第一个找到的满足条件的节点就是小的,然后直接输出并结束程序。 代码实现: 注意:图可能有环吗?题目中只有N-1条边,所以不可能有环(因为环的存在需要至少与节点数相同的边数,比如一个环需要n条边,而这里只有n-1条边),所以图是无环的,因此不会出现重复访问的问题(但我们的BFS已经用visited数组避免重复访问了,所以即使有环也没关系)。 但是,图可能是不连通的吗?题目要求能够到达所有站点,所以如果图不连通,那么任何一个节点出发都不可能到达所有节点。所以我们的BFS在某个节点开始,如果访问的节点数不足N,就跳过。 由于边数只有N-1,所以整个图可能是一个有向树(基图是无向树,但边有方向)。但是,方向可能不是从根向叶子,所以可能有些节点有多个入度?题目没有说,所以按照输入处理。 我们按照上述思路编写代码。 注意:输入是N-1行,每行两个整数a和b,表示a->b的边。 代码示例:</think>### 解法思路 对于洛谷P1700 [USACO19OPEN] Milk Factory B 问题,需要找到一个站点(节点),使得从该站点出发能通过单向传送带到达所有其他站点。由于图只有 N-1 条边(树形结构),可能存在多个解,需输出编号小的解,若无解则输出 -1。 #### 关键点 1. **图建模**:将站点视为节点,传送带视为有向边(a→b)。 2. **连通性检查**:对每个节点进行 BFS/DFS,检查是否能访问所有节点。 3. **优选择**:从小到大遍历节点,找到第一个满足条件的节点即可(因编号递增)。 ### C++ 代码实现 ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <queue> #include <cstring> using namespace std; int main() { int N; cin >> N; vector<vector<int>> graph(N + 1); // 邻接表(索引0不使用) // 构建有向图(注意:共N-1条边) for (int i = 0; i < N - 1; i++) { int a, b; cin >> a >> b; graph[a].push_back(b); // 添加边 a→b } // 检查每个节点作为起点 for (int start = 1; start <= N; start++) { vector<bool> visited(N + 1, false); // 访问标记数组 queue<int> q; int count = 0; // 统计可达节点数 // BFS初始化 q.push(start); visited[start] = true; while (!q.empty()) { int u = q.front(); q.pop(); count++; // 遍历当前节点的所有出边 for (int v : graph[u]) { if (!visited[v]) { visited[v] = true; q.push(v); } } } // 若可达所有节点,输出并结束 if (count == N) { cout << start << endl; return 0; } } // 无解情况 cout << -1 << endl; return 0; } ``` ### 代码解释 1. **输入处理**: - 读取站点数 `N`。 - 构建邻接表 `graph`,存储每条有向边(`a→b` 对应 `graph[a].push_back(b)`)。 2. **BFS遍历**: - 对每个节点 `start` (1 到 N) 进行 BFS: - 初始化 `visited` 数组记录访问状态。 - 使用队列 `q` 进行广度优先搜索,统计可达节点数 `count`。 - 若 `count == N`,说明从 `start` 可达所有节点,输出 `start` 并结束程序。 3. **无解处理**: - 若遍历完所有节点均未找到解,输出 `-1`。 ### 复杂度分析 - **时间复杂度**:O()坏情况下对每个节点进行 BFS(每个节点遍历所有边)。 - **空间复杂度**:O(N),用于存储邻接表和访问标记。 ### 相关问题
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