diff --git a/TangDou/Topic/【最短路径】Dijkstra算法专题.md b/TangDou/Topic/【最短路径】Dijkstra算法专题.md index c3df912..1018932 100644 --- a/TangDou/Topic/【最短路径】Dijkstra算法专题.md +++ b/TangDou/Topic/【最短路径】Dijkstra算法专题.md @@ -598,6 +598,785 @@ int main() { } ``` +#### [$AcWing$ $1135$. 新年好](https://www.acwing.com/problem/content/1137/) + +### 一、题目描述 +重庆城里有 $n$ 个车站,$m$ 条 **双向** 公路连接其中的某些车站。 + +每两个车站 **最多** 用一条公路连接,从任何一个车站出发都可以经过一条或者多条公路到达其他车站,但不同的路径需要花费的时间可能不同。 + +在一条路径上花费的时间等于路径上所有公路需要的时间之和。 + +佳佳的家在车站 $1$,他有五个亲戚,分别住在车站 $a,b,c,d,e$。 + +过年了,他需要从自己的家出发,拜访每个亲戚(顺序任意),给他们送去节日的祝福。 + +怎样走,**才需要最少的时间**? + +**输入格式** +第一行:包含两个整数 $n,m$,分别表示车站数目和公路数目。 + +第二行:包含五个整数 $a,b,c,d,e$,分别表示五个亲戚所在车站编号。 + +以下 $m$ 行,每行三个整数 $x,y,t$,表示公路连接的两个车站编号和时间。 + +**输出格式** +输出仅一行,包含一个整数 T,表示最少的总时间。 + +**数据范围** +$1≤n≤50000,1≤m≤10^5,1这个数量挺大 + +**亲戚个数**:$5$个,分别住 $a,b,c,d,e$号车站 +这个数量挺小,看来可以利用一下 + +**亲戚家与车站关联关系** +$id[1]=8$ 表示第$1$个亲戚家住在$8$号车站附近,记录每个亲戚与车站的关系 + + +#### 2、思考过程 +① 必须由佳佳的家出发,也就是出发点肯定是$1$号车站 +② 现在想求佳佳去$5$个亲戚家,每一家都需要走到,不能漏掉任何一家,但顺序可以任意。这里要用一个关系数组$id[]$来把亲戚家的编号与车站号挂接一下。 +③ 看到是最短路径问题,而且权值是正整数,考虑$Dijkstra$。 +④ 但$Dijkstra$只能是单源最短路径求解,比如佳佳去二姨家,最短路径是多少。佳佳去三舅家,最短路径是多少。本题不是问某一家,问的是佳佳全去到,总的路径和最短是多少,这样的话,直接使用$Dijkstra$就无效了。 +⑤ 继续思考:因为亲戚家只有$5$个,可以从这里下手,通过全排列的办法,枚举出所有的可能顺序,此时,计算次数=$5*4*3*2*1=120$次。 +⑥ 跑多次$Dijkstra$是在干什么呢?就是在分别以二姨,三舅,四大爷家为出发点,分别计算出到其它亲戚家的最短距离,如果我们把顺序分别枚举出来,每次查一下已经预处理出来的两个亲戚家的最短距离,再加在一起,不就是可以进行$PK$最小值了吗? + +至此,整体思路完成。 + +![](https://dsideal.obs.cn-north-1.myhuaweicloud.com/HuangHai/BlogImages/202312281603744.png) + +#### 3.编码步骤 + +* **$6$次最短路** + 分别以佳佳家、五个亲戚家为出发点($id[i]~ i\in[0,5]$),求$6$次最短路,相当于打表,一会要查 + +* **求全排列** + 因为佳佳所有的亲戚都要拜访到,现在不知道的是什么样顺序拜访才是时间最少的。 把所有可能顺序都 **枚举** 出来,通过查表,找出两个亲戚家之间的最小时间,累加结果的和,再$PK$最小就是答案 + +#### 4.实现细节 +通过前面的$6$次打表预处理,可以求出$6$个$dist$数组,当我们需要查找 $1->5$的最短路径时,直接查$dist[1][5]$ + +$dist[i][j]$:从$i$号亲戚家(不是$i$号车站)出发,到达每个车站站点的 **最短距离** + +注意: +这两个维度在概念上这所以存在差异,本质上是为了防止$MLE$: +如果第一维也是车站站点的话,就是$50000*50000$的二维矩阵,$≈2.5e9$,大的吓人。因为我们只关心从这$6$个位置出发的所有最短距离,所以第一维开成$0$~$5$。现在的空间占用是 $50000*6=300000$,也就是$3e5$ + +$\large Code$ +```cpp {.line-numbers} +#include +using namespace std; + +typedef pair PII; + +const int N = 50010; // 车站数目 +const int M = N << 1 << 1; // 公路数目,一般来说,N个节点,通常是2*N条边,如果是无向图,再乘2 +const int INF = 0x3f3f3f3f; + +int n, m; // 车站数目,公路数目 + +// 存图 +int h[N], e[M], w[M], ne[M], idx; +void add(int a, int b, int c) { + e[idx] = b, w[idx] = c, ne[idx] = h[a], h[a] = idx++; +} + +int dis[6][N]; +int id[6]; // 0号索引:佳佳的家,其它5个亲戚,分别下标为1~5,值为所在的车站编号 + +/* +1、用在Dijkstra中判断量不是出过队列,多次调用Dijkstra需要在函数体内进行状态重置  +2、在dfs求全排列时,需要清空后记录在此路线上此 亲戚号 是不是走过了 +*/ +bool st[N]; + +/* + S:出发车站编号 + dis[]:是全局变量dis[6][N]的某一个二维,其实是一个一维数组 + C++的特点:如果数组做参数传递的话,将直接修改原地址的数据 + 此数组传值方式可以让我们深入理解C++的二维数组本质:就是多个一维数组,给数组头就可以顺序找到其它相关数据 + 计算的结果:获取到S出发到其它各个站点的最短距离,记录到dis[S][站点号]中 +*/ +void dijkstra(int S, int dis[]) { + dis[S] = 0; + memset(st, false, sizeof st); + priority_queue, greater> q; + q.push({0, S}); + + while (q.size()) { + auto t = q.top(); + q.pop(); + int u = t.second; + if (st[u]) continue; + st[u] = true; + for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) { + int v = e[i]; + if (dis[v] > dis[u] + w[i]) { + dis[v] = dis[u] + w[i]; + q.push({dis[v], v}); + } + } + } +} + +int ans = INF; // 预求最小先设最大 + +// u:第几个亲戚 +// pre:前序站点 +// sum:按此路径走的总距离和 +void dfs(int u, int pre, int sum) { + if (u == 6) { // 如果安排完所有亲戚的拜访顺序,就是得到了一组解,尝试更新最小值 + ans = min(ans, sum); + return; + } + for (int i = 1; i <= 5; i++) // 在当前位置上,枚举每个可能出现在亲戚站点 + if (!st[i]) { // 如果这个亲戚没走过 + st[i] = true; // 走它 + // 本位置填充完,下一个位置,需要传递前序是i,走过的路径和是sum+dis[pre][id[i]].因为提前打好表了,所以肯定是最小值,直接用就行了  + // 需要注意的是一维是 6的上限,也就是 佳佳家+五个亲戚 ,而不是 车站号(佳佳家+五个亲戚) !因为这样的话,数据就很大,数组开起来麻烦,可能会MLE + // 要注意学习使用小的数据标号进行事情描述的思想 + dfs(u + 1, i, sum + dis[pre][id[i]]); + st[i] = false; // 回溯 + } +} + +int main() { + scanf("%d %d", &n, &m); // 车站数目和公路数目 + + id[0] = 1; // 佳佳是0,id[0]=1,表示佳佳家在1号车站 + for (int i = 1; i <= 5; i++) scanf("%d", &id[i]); // 五个亲戚所在车站编号,比如id[1]=2,描述1号亲戚在2号车站 + + // 建图完成后,图中的节点其实是 车站的站点编号,而不是亲戚编号 + memset(h, -1, sizeof h); // 为了存图,需要初始化邻接表 + + while (m--) { // 建图 + int a, b, c; + scanf("%d %d %d", &a, &b, &c); // a号车站到b号车站,需要走的时间是c + add(a, b, c), add(b, a, c); // 无向图,双向建边 + } + + // 计算从某个亲戚所在的车站出发,到达其它几个点的最短路径 + // 因为这样会产生多组最短距离,需要一个二维的数组进行存储 + memset(dis, 0x3f, sizeof dis); + for (int i = 0; i < 6; i++) dijkstra(id[i], dis[i]); + // 枚举每个亲戚所在的车站站点,多次Dijkstra,分别计算出以id[i]这个车站出发,到达其它点的最短距离,相当于打表 + // 将结果距离保存到给定的二维数组dis的第二维中去,第一维是指从哪个车站点出发的意思 + + // dfs还要用这个st数组做其它用途,所以,需要再次的清空 + memset(st, 0, sizeof st); + + // 1:准备走第一家亲戚(具体是a,b,c,d,e哪一家随意都可以) + // 0:前序是佳佳自己家,他自己家的序号是0号 + // 0:已经走过的最短距离和是0 + dfs(1, 0, 0); + + //  输出结果 + printf("%d\n", ans); + return 0; +} +``` +#### [$AcWing$ $340$. 通信线路](https://www.acwing.com/problem/content/342/) +### 一、题目描述 +在郊区有 $N$ 座通信基站,$P$ 条 **双向** 电缆,第 $i$ 条电缆连接基站 $A_i$ 和 $B_i$。 + +特别地,**$1$号基站是通信公司的总站** (起点),**$N$号基站** (终点) 位于一座农场中。 + +现在,农场主希望对通信线路进行升级,其中升级第 $i$ 条电缆需要花费 $L_i$ + +电话公司正在举行优惠活动 + +农产主可以指定一条从 $1$ 号基站到 $N$ 号基站的路径,并指定路径上不超过 $K$ 条电缆,由电话公司 **免费** 提供升级服务 + +农场主只需要支付在该路径上 **剩余的电缆中**,**升级价格最贵** 的那条电缆的花费即可 + +求 **至少用多少钱** 可以完成升级 + + +**输入格式** +第 $1$ 行:三个整数 $N,P,K$。 + +第 $2..P+1$ 行:第 $i+1$ 行包含三个整数 $A_i,B_i,L_i$。 + +**输出格式** +包含一个整数表示最少花费。 + +若 $1$ 号基站与 $N$ 号基站之间不存在路径,则输出 $−1$。 + + +**数据范围** +$0≤K **如果给我$mid$元钱,我有没有办法确定这么多钱能否够完成升级一条线路呢?** +> 这个简单,我们可以视真实边权大于$mid$的设置 **虚拟边权** 为$1$,反之设为$0$ +> 然后在这个图上用$Dijkstra$求最短路径,也就是最短路径长度: +> - 如果最短路径的长度值大于$k$,说明$mid$小了,再调大一点 +> - 如果最短路径的长度值不大于$k$,说明$mid$大了,再调小一点 + +噢,原来需要 **二分答案** + +#### $Code$ +```cpp {.line-numbers} +#include +using namespace std; +typedef pair PII; +const int INF = 0x3f3f3f3f; +const int N = 1010; // 1000个点 +const int M = 20010; // 10000条,记录无向边需要两倍空间 +int idx, h[N], e[M], w[M], ne[M]; +void add(int a, int b, int c) { + e[idx] = b, w[idx] = c, ne[idx] = h[a], h[a] = idx++; +} +int n; // 点数 +int m; // 边数 + +int k; // 不超过K条电缆,由电话公司免费提供升级服务 + +bool st[N]; // 记录是不是在队列中 +int dis[N]; // 记录最短距离 + +// mid指的是我们现在选最小花费 +bool check(int mid) { + // 需要跑多次dijkstra,所以需要清空状态数组 + memset(st, false, sizeof st); + memset(dis, 0x3f, sizeof dis); + priority_queue, greater> q; + dis[1] = 0; + q.push({0, 1}); + + while (q.size()) { + PII t = q.top(); + q.pop(); + int u = t.second; + if (st[u]) continue; + st[u] = true; + for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) { + int j = e[i]; + int v = w[i] > mid; // 如果有边比我们现在选的这条边大,那么这条边对方案的贡献为1,反之为0 + if (dis[j] > dis[u] + v) { + dis[j] = dis[u] + v; + q.push({dis[j], j}); + } + } + } + // 如果按上面的方法计算后,n结点没有被松弛操作修改距离,则表示n不可达 + if (dis[n] == INF) { + puts("-1"); // 不可达,直接输出-1 + exit(0); + } + return dis[n] <= k; // 如果有k+1条边比我们现在这条边大,那么这个升级方案就是不合法的,反之就合法 +} +int main() { + memset(h, -1, sizeof h); + cin >> n >> m >> k; + int a, b, c; + for (int i = 0; i < m; i++) { + cin >> a >> b >> c; + add(a, b, c), add(b, a, c); + } + /* + 这里二分的是直接面对答案设问: 至少用多少钱 可以完成升级 + 依题意,最少花费其实是所有可能的路径中,第k+1条边的花费 + 如果某条路径不存在k+1条边(边数小于k+1),此时花费为0 + 同时,任意一条边的花费不会大于1e6,所以,这里二分枚举范围:0 ~ 1e6 + */ + int l = 0, r = 1e6; + while (l < r) { + int mid = (l + r) >> 1; + if (check(mid)) // check函数的意义:如果当前花费可以满足要求,那么尝试更小的花费 + r = mid; + else + l = mid + 1; + } + printf("%d\n", l); + return 0; +} +``` + +## [$AcWing$ $342$ 道路与航线](https://www.acwing.com/problem/content/description/344/) + +### 一、题目描述 +农夫约翰正在一个新的销售区域对他的牛奶销售方案进行调查。 + +他想把牛奶送到 $T$ 个城镇,编号为 $1$∼$T$。 + +这些城镇之间通过 $R$ 条道路 (编号为 $1$ 到 $R$) 和 $P$ 条航线 (编号为 $1$ 到 $P$) 连接。 + +每条道路 $i$ 或者 航线 $i$ 连接城镇 $A_i$ 到 $B_i$,花费为 $C_i$。 + +对于道路,$0≤C_i≤10,000$;然而航线的花费很神奇,花费 $C_i$ 可能是负数$(−10,000≤Ci≤10,000)$。 + +**道路是双向的**,可以从 $A_i$ 到 $B_i$,也可以从 $B_i$ 到 $A_i$,花费都是 $C_i$。 + +然而 **航线与之不同**,只可以从 $A_i$ 到 $B_i$。 + +事实上,由于最近恐怖主义太嚣张,为了社会和谐,出台了一些政策: + +保证如果有一条航线可以从 $A_i$ 到 $B_i$,那么保证不可能通过一些道路和航线从$B_i$ 回到 $A_i$。 + + +由于约翰的奶牛世界公认十分给力,他需要运送奶牛到每一个城镇。 + +他想找到从发送中心城镇 $S$ **把奶牛送到每个城镇的最便宜的方案**。 + +**输入格式** +第一行包含四个整数 $T,R,P,S$。 + +接下来 $R$ 行,每行包含三个整数(表示一个道路)$A_i,B_i,C_i$。 + +接下来 $P$ 行,每行包含三个整数(表示一条航线)$A_i,B_i,C_i$。 + +**输出格式** +第 $1..T$ 行:第 $i$ 行输出从 $S$ 到达城镇 $i$ 的最小花费,如果不存在,则输出 `NO PATH`。 + +### 二、$Dijkstra$不能处理负权边 +我们说了$Dijkstra$算法不能解决带有负权边的图,这是为什么呢?下面用一个例子讲解一下 +![](https://img-blog.csdnimg.cn/51115e15bd3040d7a8b3980b523ed943.png) + +以这里图为例,一共有五个点,也就说要循环$5$次,确定每个点的最短距离 + +用$Dijkstra$算法解决的的详细步骤 +> 1. 初始$dis[1] = 0$,$1$号点距离起点$1$的距离为$0$ +> 2. 找到了未标识且离起点$1$最近的结点$1$,标记$1$号点,用$1$号点更新和它相连点的距离,$2$号点被更新成$dis[2] = 2$,$3$号点被更新成$dis[3] = 5$ +> 3. 找到了未标识且离起点$1$最近的结点$2$,标识$2$号点,用$2$号点更新和它相连点的距离,$4$号点被更新成$dis[4] = 4$ +> 4. 找到了未标识且离起点$1$最近的结点$4$,标识$4$号点,用$4$号点更新和它相连点的距离,$5$号点被更新成$dis[5] = 5$ +> 5. 找到了未标识且离起点$1$最近的结点$3$,标识$3$号点,用$3$号点更新和它相连点的距离,$4$号点被更新成$dis[4] = 3$ +> + +**结果** +> $Dijkstra$算法在图中走出来的最短路径是$1 -> 2 -> 4 -> 5$,算出 $1$ 号点到$5$ 号点的最短距离是$2 + 2 + 1 = 5$,然而还存在一条路径是$1 -> 3 -> 4 -> 5$,该路径的长度是$5 + (-2) + 1 = 4$ +> 因此 $dijkstra$ 算法 **失效** + +**总结** +> 我们可以发现如果有负权边的话$4$号点经过标记后还可以继续更新 +但此时$4$号点已经被标记过了,所以$4$号点不能被更新了,只能一条路走到黑 +当用负权边更新$4$号点后$5$号点距离起点的距离我们可以发现可以进一步缩小成$4$。 +所以总结下来就是:$dijkstra$ **不能解决负权边** 是因为 $dijkstra$要求每个点被确定后,$dis[j]$就是最短距离了,之后就不能再被更新了(**一锤子买卖**),而如果有负权边的话,那已经确定的点的$dis[j]$不一定是最短了,可能还可以通过负权边进行更新。 + + +### 三、拓扑序+$Dijkstra$ + 缩点 + +* ① 分析题目可知城镇内部之间的权值是非负的,内部可以使用$dijkstra$算法 +* ② 城镇之间的航线 **有负权**,不能用$Dijkstra$。虽然$SFPA$可以搞定负权,但记住它已经死了,不考虑它~ +* ③ 如果有严格的顺序关系,即拓扑序,按照 **城镇拓扑序的关系**,是可以使用$Dijkstra$的,原因如下: + 每个城镇称为一个 **团**,按照 **拓扑序** 遍历到某个团时,**此时该团中城市的距离不会再被其它团更新**,因此可以 **按照拓扑序** **依次** 运行 $dijkstra$ 算法 + + +
+ +#### 算法步骤 +
+ +扩展:用拓扑排序解决dag带负权图的最短路问题 +![](https://dsideal.obs.cn-north-1.myhuaweicloud.com/HuangHai/BlogImages/202312291324775.png) + +#### $Code$ +```cpp {.line-numbers} +#include +using namespace std; +const int N = 25010, M = 150010; +const int INF = 0x3f3f3f3f; + +typedef pair PII; + +// 存图 +int idx, h[N], e[M], w[M], ne[M]; +void add(int a, int b, int c) { + e[idx] = b, w[idx] = c, ne[idx] = h[a], h[a] = idx++; +} +int T; // 城镇数量 +int R; // 道路数量 +int P; // 航线数量 +int S; // 出发点 + +// 下面两个数组是一对 +int id[N]; // 节点在哪个连通块中 +vector block[N]; // 连通块包含哪些节点 +int bcnt; // 连通块序号计数器 + +int dis[N]; // 最短距离(结果数组) +int in[N]; // 每个DAG(节点即连通块)的入度 +bool st[N]; // dijkstra用的是不是在队列中的数组 +queue q; // 拓扑序用的队列 + +// 将u节点加入团中,团的番号是 bid +void dfs(int u, int bid) { + id[u] = bid; // ① u节点属于bid团 + block[bid].push_back(u); // ② 记录bid团包含u节点 + // 枚举u节点的每一条出边,将对端的城镇也加入到bid这个团中 + for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) { + int j = e[i]; + if (!id[j]) dfs(j, bid); // Flood Fill + } +} + +// 计算得到bid这个连通块中最短距离 +void dijkstra(int bid) { + priority_queue, greater> pq; + /* + 因为不确定连通块内的哪个点可以作为起点,所以就一股脑全加进来就行了, + 反正很多点的dis都是inf(这些都是不能成为起点的),那么可以作为起点的就自然出现在堆顶了 + + 因为上面的写法把拓扑排序和dijkstra算法拼在一起了,如果不把所有点都加入堆, + 会导致后面其他块的din[]没有减去前驱边,从而某些块没有被拓扑排序遍历到。 + */ + for (auto u : block[bid]) pq.push({dis[u], u}); + + while (pq.size()) { + int u = pq.top().second; + pq.pop(); + if (st[u]) continue; + st[u] = true; + for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) { + int v = e[i]; + if (st[v]) continue; + + if (dis[v] > dis[u] + w[i]) { + dis[v] = dis[u] + w[i]; + // 如果是同团中的道路,需要再次进入Dijkstra的小顶堆,以便计算完整个团中的路径最小值 + if (id[u] == id[v]) pq.push({dis[v], v}); + } + /*如果u和v不在同一个团中,说明遍历到的是航线 + 此时,需要与拓扑序算法结合,尝试剪掉此边,是不是可以形成入度为的团 + + id[v]:v这个节点所在的团番号 + --in[id[v]] == 0: u->v是最后一条指向团id[v]的边,此边拆除后,id[v]这个团无前序依赖,稳定了, + 可以将此团加入拓扑排序的queue队列中,继续探索 + */ + if (id[u] != id[v] && --in[id[v]] == 0) q.push(id[v]); + } + } +} + +// 拓扑序 +void topsort() { + for (int i = 1; i <= bcnt; i++) // 枚举每个团 + if (!in[i]) q.push(i); // 找到所有入度为0的团,DAG的起点 + + // 拓扑排序 + while (q.size()) { + int bid = q.front(); // 团番号 + q.pop(); + // 在此团内部跑一遍dijkstra + dijkstra(bid); + } +} + +int main() { + memset(h, -1, sizeof h); // 初始化 + scanf("%d %d %d %d", &T, &R, &P, &S); // 城镇数量,道路数量,航线数量,出发点 + + memset(dis, 0x3f, sizeof dis); // 初始化最短距离 + dis[S] = 0; // 出发点距离自己的长度是0,其它的最短距离目前是INF + + int a, b, c; // 起点,终点,权值 + + while (R--) { // 读入道路,团内无向图 + scanf("%d %d %d", &a, &b, &c); + add(a, b, c), add(b, a, c); // 连通块内是无向图 + } + + /* 航线本质是 团与团 之间单向连接边 + 外部是DAG有向无环图,局部是内部双向正权图 + 为了建立外部的DAG有向无环图,我们需要给每个团分配一个番号,记为bid; + 同时,也需要知道每个团内,有哪些小节点: + (1) id[i]:节点i隶属于哪个团(需要提前准备好团的番号) + (2) vector block[N] :每个团中有哪些节点 + + Q:一共几个团呢?每个团中都有谁呢?谁都在哪个图里呢? + A:在没有录入航线的情况下,现在图中只有 大块孤立 但 内部连通 的节点数据, + 可以用dfs进行Flood Fill,发现没有团标识的节点,就创建一个新的团番号, + 并且记录此节点加入了哪个团,记录哪个团有哪些点。 + 注意:需要在未录入航线的情况下统计出团与节点的关系,否则一会再录入航线,就没法找出哪些节点在哪个团里了 + */ + // 缩点 + for (int i = 1; i <= T; i++) // 枚举每个小节点 + if (!id[i]) // 如果它还没有标识是哪个团,就开始研究它,把它标识上隶属于哪个团,并且,把和它相连接的其它点也加入同一个团中 + dfs(i, ++bcnt); // 需要提前申请好番号bcnt + + // 航线 + while (P--) { + scanf("%d %d %d", &a, &b, &c); + add(a, b, c); // 单向边 + in[id[b]]++; // b节点所在团的番号,也就是某个团的入度+1 + } + + // 拓扑 + topsort(); + + // 从S到达城镇i的最小花费 + for (int i = 1; i <= T; i++) { + if (dis[i] > INF / 2) + puts("NO PATH"); + else + cout << dis[i] << endl; + } + return 0; +} +``` + +## [$AcWing$ $341$. 最优贸易](https://www.acwing.com/problem/content/description/343/) + +### 一、题目描述 +$C$ 国有 $n$ 个大城市和 $m$ 条道路,每条道路连接这 $n$ 个城市中的某两个城市。 + +任意两个城市之间 **最多只有一条道路直接相连**。 + +这 $m$ 条道路中有一部分为 **单向通行的道路**,一部分为 **双向通行的道路**,双向通行的道路在统计条数时也计为 $1$ 条。 + +$C$ 国幅员辽阔,各地的资源分布情况各不相同,这就导致了同一种商品在不同城市的价格不一定相同。 + +但是,同一种商品在同一个城市的买入价和卖出价始终是相同的。 + +商人阿龙来到 $C$ 国旅游。 + +当他得知 **同一种商品在不同城市的价格可能会不同** 这一信息之后,便决定在旅游的同时,利用商品在不同城市中的差价赚一点旅费。 + +设 $C$ 国 $n$ 个城市的标号从 $1$∼$n$,阿龙决定从 $1$ 号城市出发,并最终在 $n$ 号城市结束自己的旅行。 + +在旅游的过程中,**任何城市可以被重复经过多次** ,**但不要求经过所有 $n$ 个城市**。 + +阿龙通过这样的贸易方式赚取旅费:他会 **选择一个经过的城市买入** 他最喜欢的商品——水晶球,并在之后 **经过的另一个城市卖出** 这个水晶球,用赚取的 **差价** 当做旅费。 + +因为阿龙主要是来 $C$ 国旅游,他决定这个贸易 **只进行最多一次**,当然,在赚不到差价的情况下他就无需进行贸易。 + +现在给出 $n$ 个城市的水晶球价格,$m$ 条道路的信息(每条道路所连接的两个城市的编号以及该条道路的通行情况)。 + +请你告诉阿龙,**他最多能赚取多少旅费**。 + +**注意**:本题数据有 **加强**。 + +**输入格式** +第一行包含 $2$ 个正整数 $n$ 和 $m$,中间用一个空格隔开,分别表示城市的数目和道路的数目。 + +第二行 $n$ 个正整数,每两个整数之间用一个空格隔开,按标号顺序分别表示这 $n$ 个城市的商品价格。 + +接下来 $m$ 行,每行有 $3$ 个正整数,$x,y,z$,每两个整数之间用一个空格隔开。 + +如果 $z=1$,表示这条道路是城市 $x$ 到城市 $y$ 之间的单向道路;如果 $z=2$,表示这条道路为城市 $x$ 和城市 $y$ 之间的双向道路。 + +**输出格式** +一个整数,表示答案。 + +**数据范围** +$1≤n≤100000,1≤m≤500000$, +$1≤$各城市水晶球价格$≤100$ + +**输入样例**: +```cpp {.line-numbers} +5 5 +4 3 5 6 1 +1 2 1 +1 4 1 +2 3 2 +3 5 1 +4 5 2 +``` + +**输出样例**: +```cpp {.line-numbers} +5 +``` + + +### 二、解题思路 + +**阿龙决定从 $1$ 号城市出发,并最终在 $n$ 号城市结束自己的旅行。** + +终点是$n$,但题目并没有保证所有点都能去到点$n$。 + +要知道哪些点不能去到点$n$,可以 **反向建图**,在这张图以$n$为起点看能到达哪些点。 + + +**分析**: 这道题需要建两个图,一个为 **正向图** ,一个为 **反向图** ,考虑分别跑$Dijkstra$算法得到$dis1$数组和$dis2$数组: + +* $dis1[i]$:从点$1$到点$i$的所有路径上经过的 **最小点权** +* $dis2[i]$:从点$n$经过反向边到点$i$的所有路径上经过的 **最大点权** + +当求出这两个数组后就可以枚举路径上的 **中间点**$i$,最终答案就是 +$$\large max(dis2[i]-dis1[i])$$ + + +**理论** 上这就没问题了,不过这道题目比较特殊,由于图中 **可能出现回路**,且$dis$值是记录 **点权的最值** ,在某些情况下是 **具有后效性**的,如下图: + +
+ +**点权** 用绿色数字标示在点号下方,可以发现在点$2$处会经过一个回路再次回到点$2$,但在这之前点$5$的$dis$已经被更新为$3$了 +>解释:因为$1 \rightarrow 2 \rightarrow 5$这条路线上,在点$2$时,水晶球的价格最便宜,价格是$3$ + +之后回到点$2$,由于$st[2] == true$直接$continue$,虽然此时$dis[2] == 1$但却无法把$1$传递给点$5$了。 + +采用办法 +在$dijkstra$算法中去掉$st$的限制,让整个算法不断迭代,直到无法更新导致队空退出循环。这就类似于$DP$的所有情况尝试,不断刷新最新最小价格! + +**总结** +本题用$Dijkstra$的话,其实已经不是传统意义上的$Dijkstra$了,因为它允许出边再进入队列!(去掉了$st$数组 ,因为有环嘛),指望 **更无可更,无需再更**。 + +**最大最小值**,其实也不是传统最短、最长路的路径累加和,而是类似于$DP$的思路,一路走来一路维护到达当前点的最大点权和最小点权。 + +**配合$DP$** +严格意义上来讲,采用的$Dijkstra$不是本身的含义,只是一个协助$DP$的枚举过程。 + +#### $Code$ +```cpp {.line-numbers} +#include +using namespace std; +typedef pair PII; +const int INF = 0x3f3f3f3f; +const int N = 100010, M = 2000010; + +int n, m; +int dis1[N], dis2[N]; + +// 正反建图,传入头数组指针 +int h1[N], h2[N], e[M], ne[M], w[M], idx; +void add(int *h, int a, int b, int c = 0) { + e[idx] = b, ne[idx] = h[a], w[idx] = c, h[a] = idx++; +} + +// 每个节点的价值 +int v[N]; + +void dijkstra1() { + memset(dis1, 0x3f, sizeof dis1); + priority_queue, greater> q; + dis1[1] = v[1]; + q.push({dis1[1], 1}); + + while (q.size()) { + int u = q.top().second; + q.pop(); + + for (int i = h1[u]; ~i; i = ne[i]) { + int j = e[i]; + if (dis1[j] > min(dis1[u], v[j])) { + dis1[j] = min(dis1[u], v[j]); + q.push({dis1[j], j}); + } + } + } +} + +void dijkstra2() { + memset(dis2, -0x3f, sizeof dis2); + priority_queue q; + dis2[n] = v[n]; + q.push({dis2[n], n}); + + while (q.size()) { + int u = q.top().second; + q.pop(); + + for (int i = h2[u]; ~i; i = ne[i]) { + int j = e[i]; + if (dis2[j] < max(dis2[u], v[j])) { + dis2[j] = max(dis2[u], v[j]); + q.push({dis2[j], j}); + } + } + } +} + +int main() { + // 正反两张图 + // Q:为什么要反着建图,用正着的图不行吗? + // A:不行啊,因为从n向其它地方走,原来的有向图无法向对面走啊,反着建图就行了 + memset(h1, -1, sizeof h1); + memset(h2, -1, sizeof h2); + + scanf("%d %d", &n, &m); // n个节点,m条边 + for (int i = 1; i <= n; i++) scanf("%d", &v[i]); // 每个节点购买水晶球的金额 + + while (m--) { + int a, b, c; + scanf("%d %d %d", &a, &b, &c); + // 不管是单向边,还是双向边,第一条a->b的边肯定跑不了吧 + + if (c == 1) { // 单向边 + // 正向图保存单向边 + add(h1, a, b); + // 反向图保存单向边 + add(h2, b, a); + // 注意:这可不是在一个图中创建两条来回的边,而是在两个图中创建两个相反的边。 + // 权值呢?没有,为什么呢?因为我们不关心边权,而是关心此节点中水晶球的价格v[i],这并不是边权,可以理解为点权 + } else { // 双向边 + // 正向图保存双向边 + add(h1, a, b), add(h1, b, a); + // 反向图保存双向边 + add(h2, a, b), add(h2, b, a); + } + } + // 正向图跑一遍dijkstra + dijkstra1(); + + // 反向图跑一遍dijkstra + dijkstra2(); + + int ans = 0; + for (int i = 1; i <= n; i++) + ans = max(dis2[i] - dis1[i], ans); + + printf("%d\n", ans); + return 0; +} +``` + $TODO$ #### [$P2176$ $RoadBlock$ $S$](https://www.luogu.com.cn/problem/P2176) ```cpp {.line-numbers}