POJ 2226 思维构建二分图 最小不相交路径覆盖 匈牙利算法

本文介绍了一种通过构建二分图并利用匈牙利算法解决特定匹配问题的方法。首先根据输入矩阵构建左部和右部节点序列,然后建立节点间的连接关系。最后运用匈牙利算法求解最大匹配数。

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思维构建二分图的思路参考了这篇博客:参考

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
using namespace std;
const int maxv=1010;
int LN,RN,l,r;
bool visit[maxv];
char mmap[maxv][maxv];
int link[maxv];
int Lmap[maxv][maxv],Rmap[maxv][maxv],map_link[maxv][maxv];
void init() {
    l=0,r=0;
    memset(Lmap,0,sizeof Lmap);
    memset(Rmap,0,sizeof Rmap);
    memset(map_link,0,sizeof map_link);
    memset(link,-1,sizeof link);
}
bool dfs(int x){
    for(int y=1;y<=RN;y++){
        if(map_link[x][y]&&visit[y]==false){
            visit[y]=true;
            if(link[y]==-1||dfs(link[y])){
                link[y]=x;
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}
int hungary(){//匈牙利算法
    int res=0;
    for(int x=1;x<=LN;x++){
        memset(visit,false,sizeof visit);
        if(dfs(x))
            res++;
    }
    cout<<res<<endl;
}
int main(void) {
#ifndef ONLINE_JUDGE
    freopen("E:\\input.txt","r",stdin);
#endif // ONLINE_JUDGE
    int R,C;
    while(cin>>R>>C) {
        init();
        for(int i=1; i<=R; i++)
            for(int j=1; j<=C; j++)
                cin>>mmap[i][j];
        for(int i=1; i<=R; i++)//构建L序列
            for(int j=1; j<=C; j++)
                if(mmap[i][j]=='*') {
                    l++;
                    while(j<=C&&mmap[i][j]=='*')
                        Lmap[i][j]=l,j++;
                }

        for(int j=1; j<=C; j++)//构建R序列
            for(int i=1; i<=R; i++)
                if(mmap[i][j]=='*') {
                    r++;
                    while(i<=R&&mmap[i][j]=='*')
                        Rmap[i][j]=r,i++;
                }
        for(int i=1;i<=R;i++)//构建L链接R的路径
            for(int j=1;j<=C;j++)
                if(mmap[i][j]=='*')
                    map_link[Lmap[i][j]][Rmap[i][j]]=1;
        LN=l,RN=r;
        hungary();
    }
    return 0;
}

 

### 关于二分图最小顶点覆盖算法实现 #### 1. 最小顶点覆盖的概念 最小顶点覆盖是指在一个二分图中选取尽可能少的节点,使得这些节点能够覆盖所有的边。换句话说,对于每一条边 (u, v),至少有一个端点 u 或 v 被选入覆盖集中。 根据 König 定理,在任意无向二分图中,最小顶点覆盖的数量等于该图的最大匹配数量[^1]。 --- #### 2. 算法原理 为了求解二分图最小顶点覆盖,通常采用 **匈牙利算法** 来计算最大匹配数。具体过程如下: - 构建一个二分图 G(X,Y,E),其中 X 和 Y 是两个互不相交的节点集合,E 表示连接它们的边。 - 使用匈牙利算法找到二分图的最大匹配 M。 - 基于最大匹配的结果,通过以下方式构造最小顶点覆盖: - 将左侧未被匹配的节点加入到覆盖集中; - 对右侧已被匹配的节点也加入到覆盖集中。 最终得到的覆盖集大小即为最小顶点覆盖的数量[^2]。 --- #### 3. 实现代码 以下是基于 Python 的实现代码,利用匈牙利算法完成二分图最小顶点覆盖的计算: ```python from collections import defaultdict def hungarian_algorithm(graph, n, m): """ 匈牙利算法用于寻找二分图的最大匹配 :param graph: 邻接表表示的二分图 {X -> [Y]} :param n: 左侧节点数目 :param m: 右侧节点数目 :return: 最大匹配结果 """ match_y = [-1] * m # 记录右侧节点对应的匹配关系 visited = None # 当前轮次访问标记 def dfs(u): for v in graph[u]: if not visited[v]: visited[v] = True if match_y[v] == -1 or dfs(match_y[v]): match_y[v] = u return True return False matching_count = 0 for i in range(n): visited = [False] * m if dfs(i): matching_count += 1 return matching_count, match_y def min_vertex_cover(graph, n, m): """ 求解二分图最小顶点覆盖 :param graph: 邻接表表示的二分图 {X -> [Y]} :param n: 左侧节点数目 :param m: 右侧节点数目 :return: 最小顶点覆盖集合 """ max_matching, match_y = hungarian_algorithm(graph, n, m) cover_x = set() # 左侧需要覆盖的节点 cover_y = set() # 右侧需要覆盖的节点 unmatched_in_x = set(range(n)) # 初始认为所有左侧节点都未匹配 matched_in_y = set() for y in range(m): # 找出右侧已匹配的节点 if match_y[y] != -1: unmatched_in_x.discard(match_y[y]) # 如果某个左侧节点参与了匹配,则移除 matched_in_y.add(y) cover_x.update(unmatched_in_x) # 添加左侧未匹配的节点 cover_y.update(set(range(m)) - matched_in_y) # 添加右侧未匹配的节点 return list(cover_x), list(cover_y) # 测试用例 if __name__ == "__main__": # 输入邻接表形式的二分图 graph = { 0: [0, 1], 1: [0, 2], 2: [1, 3] } n = 3 # 左侧节点数 m = 4 # 右侧节点数 result_x, result_y = min_vertex_cover(graph, n, m) print(f"左侧需覆盖的节点: {result_x}") print(f"右侧需覆盖的节点: {result_y}") ``` 上述代码实现了二分图最小顶点覆盖功能,核心部分依赖匈牙利算法来获取最大匹配,并据此推导出覆盖所需的节点集合[^3]。 --- #### 4. 应用实例 考虑 POJ 3041 Asteroids 这道题目,其本质是一个二分图最小顶点覆盖问题。给定一组障碍物坐标,将其转化为二分图模型后,可以通过以上方法高效解决。最终输出的是满足条件的最小射击次数[^4]。 ---
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