POJ 1094差分约束系统拓扑排序

ⅰ亾dé卋堺 提交于 2019-12-16 17:49:47
Sorting It All Out
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Description

An ascending sorted sequence of distinct values is one in which some form of a less-than operator is used to order the elements from smallest to largest. For example, the sorted sequence A, B, C, D implies that A < B, B < C and C < D. in this problem, we will give you a set of relations of the form A < B and ask you to determine whether a sorted order has been specified or not.

Input

Input consists of multiple problem instances. Each instance starts with a line containing two positive integers n and m. the first value indicated the number of objects to sort, where 2 <= n <= 26. The objects to be sorted will be the first n characters of the uppercase alphabet. The second value m indicates the number of relations of the form A < B which will be given in this problem instance. Next will be m lines, each containing one such relation consisting of three characters: an uppercase letter, the character "<" and a second uppercase letter. No letter will be outside the range of the first n letters of the alphabet. Values of n = m = 0 indicate end of input.

Output

For each problem instance, output consists of one line. This line should be one of the following three:

Sorted sequence determined after xxx relations: yyy...y.
Sorted sequence cannot be determined.
Inconsistency found after xxx relations.

where xxx is the number of relations processed at the time either a sorted sequence is determined or an inconsistency is found, whichever comes first, and yyy...y is the sorted, ascending sequence.

Sample Input

4 6
A<B
A<C
B<C
C<D
B<D
A<B
3 2
A<B
B<A
26 1
A<Z
0 0

Sample Output

Sorted sequence determined after 4 relations: ABCD.
Inconsistency found after 2 relations.
Sorted sequence cannot be determined.

题意:

题意:给定一组字母的大小关系判断它们是否能组成唯一的拓扑序列。

算法:拓扑排序:先判断是否有环,再判断是否有序,最后才能判断是否能得出结果。必须遍历完整个图才能知道是否有环!!!


第一次做拓扑排序类的题,需要知道几个概念:


拓扑排序:

一.定义

    对一个有向无环图(Directed Acyclic Graph简称DAG)G进行拓扑排序,是将G中所有顶点排成一个线性序列,使得图中任意一对顶点u和v,若<u,v> ∈E(G),则u在线性序列中出现在v之前。

   通常,这样的线性序列称为满足拓扑次序(Topological Order)的序列,简称拓扑序列。

   注意:

   1)只有有向无环图才存在拓扑序列;

   2)对于一个DAG,可能存在多个拓扑序列;

   如:

   该DAG的拓扑序列为A B C D或者A C B D

 而此有向图是不存在拓扑序列的,因为图中存在环路

二.拓扑序列算法思想

 (1)从有向图中选取一个没有前驱(即入度为0)的顶点,并输出之;

 

 (2)从有向图中删去此顶点以及所有以它为尾的弧;

     重复上述两步,直至图空,或者图不空但找不到无前驱的顶点为止。
三.代码实现
    采用邻接矩阵实现,map[i][j]=0,表示节点i和j没有关联;map[i][j]=1,表示存在边<i,j>,并且j的入度加1;

C语言代码实现:(无队列输出)

#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#define MAX 100
usingnamespace std;

void toposort(int map[MAX][MAX],int indegree[MAX],int n)
{
    int i,j,k;
    for(i=0;i<n;i++) //遍历n次
    {
        for(j=0;j<n;j++) //找出入度为0的节点
        {
            if(indegree[j]==0)
            {
                indegree[j]--;
                cout<<j<<endl;
                for(k=0;k<n;k++) //删除与该节点关联的边
                {
                    if(map[j][k]==1)
                    {
                        indegree[k]--;
                    }
                }
                break;
            }
        }
    }
}


int main(void)
{
    int n,m; //n:关联的边数,m:节点数
    while(scanf("%d %d",&n,&m)==2&&n!=0)
    {
        int i;
        int x,y;
        int map[MAX][MAX]; //邻接矩阵
        int indegree[MAX]; //入度
        memset(map,0,sizeof(map));
        memset(indegree,0,sizeof(indegree));
        for(i=0;i<n;i++)
        {
            scanf("%d %d",&x,&y);
            if(!map[x][y])
            {
                map[x][y]=1;
                indegree[y]++;
            }
        }
        toposort(map,indegree,m);
    }
    return0;
}

差分约束系统:


就是给出一些形如x-y<=b不等式的约束,问你是否满足有解的问题,可以转换成图论里的最短路径问题,下面开始详细介绍下

比如给出三个不等式,b-a<=k1,c-b<=k2,c-a<=k3,求出c-a的最大值,我们可以把a,b,c转换成三个点,k1,k2,k3是边上的权,如图

由题我们可以得知,这个有向图中,由题b-a<=k1,c-b<=k2,得出c-a<=k1+k2,因此比较k1+k2和k3的大小,求出最小的就是c-a的最大值了

根据以上的解法,我们可能会猜到求解过程实际就是求从a到c的最短路径,没错的....简单的说就是从a到c沿着某条路径后把所有权值和k求出就是c -a<=k的一个

推广的不等式约束,既然这样,满足题目的肯定是最小的k,也就是从a到c最短距离...

理解了这里之后,想做题还是比较有困难的,因为题目需要变形一下,不能单纯的算..

首先以poj3159为例,这个比较简单,就是给出两个点的最大差,然后让你求1到n的最大差,直接建图后用bellman或者spfa就可以过了

稍微难点的就是poj1364,因为他给出的不等式不是x-y<=k形式,有时候是大于号,这样需要我们去变形一下,并且给出的还是>,<没有等于,都要变形

再有就是poj1201,他要求出的是最长距离,那就要把形式变换成x-y>=k的标准形式

注意点:

1. 如果要求最大值想办法把每个不等式变为标准x-y<=k的形式,然后建立一条从y到x权值为k的边,变得时候注意x-y<k =>x-y<=k-1

   如果要求最小值的话,变为x-y>=k的标准形式,然后建立一条从y到x的k边,求出最长路径即可

2.如果权值为正,用dj,spfa,bellman都可以,如果为负不能用dj,并且需要判断是否有负环,有的话就不存在


拓扑排序的核心思想:

拓扑排序的核心就是每次找入度为0的点 进入输出队列 然后将与此点相连的节点入度减1 重复做当做n-1 次后还有点没进输出队列 那么这些点就是环上的 因为环上的各点入度都为1 没有0的 就不能更新。

AC:

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

int indegree[27];     //入度
int map[27][27];     //图
int queue[27];       // 每次找到入度为0的点后,存储要输出的顺序

int TopoSort(int n)     //拓扑排序
{
    int count=0;     //记录解空间中零入度顶点的个数
    int temp[27];     //对入度顶点备份
    int pos;      //记录一个零入度顶点的数目
    int i,j;
    int m;       //零入度顶点的个数
    int flag=1;      //flag=1:有序  flag=-1:不能确定
    for (i=1; i<=n; i++)
    {
        temp[i] = indegree[i];  //备份
    }
    for (i=1; i<=n; i++)  //遍历n遍,必须把图全部遍历完(根据当前输入的,尽管map全部初始化为0了,只要根据当前输入的所有条件判断)
    {
        m = 0;
        for (j=1; j<=n; j++)  //查找零入度顶点的个数
        {
            if (temp[j] == 0)
            {
                m ++;
                pos = j;   //记录一个零入度顶点的位置
            }
        }
        if (m == 0)     //零入度顶点的个数==0:有环
        {
            return 0;
        }
  if (m > 1)     //零入度顶点的个数>1,说明还有其他两点之间没确定关系,判断是无序(只有1到n个点确定关系,且没有环,根据拓扑排序才能确定有序)
  {
            flag=-1;    //当知道无序时,并不一定知道该图是否有环,因此要继续遍历,可别急着退出...
        }
        queue[count++] = pos;   //零入度顶点入队
        temp[pos] = -1;    //将零入度顶点的入度置为-1
        for (j=1; j<=n; j++)  //删除以pos为起点的边
        {
            if (map[pos][j] == 1)
            {
                temp[j] --;   //相应定点的入度减1
            }
        }
    }
    return flag;
}
int main()
{
    int n,m;
    int sign;      //当sign=1时,程序已经得出结果,不需再考虑后面的输入
    string str;
    while (scanf("%d%d",&n,&m) && n!=0 && m!=0)
    {
        memset(map,0,sizeof(map));
        memset(indegree,0,sizeof(indegree));
        sign=0;
        for (int i=1; i<=m; i++)
        {
            cin>>str;
            if (sign)
            {
                continue;   //一旦得出结果,对后续的输入置之不理!
            }
            int u = str[0]-'A'+1;
            int v = str[2]-'A'+1;
            map[u][v] = 1;
            indegree[v] ++;
            int s = TopoSort(n);
            if (s == 0)    //有环
            {
                printf("Inconsistency found after %d relations.\n",i);
                sign=1;
            }
            if (s == 1)    //有序
            {
                printf("Sorted sequence determined after %d relations: ",i);
                for (int j=0; j<n; j++)
                {
                    printf("%c",queue[j]+'A'-1); //根据进队顺序输出字符,整型转字符型
                }
                printf(".\n");//每句话的结尾的点号,记得输出!
                sign=1;
            }
        }
        if(!sign)     //无法得出结果
        {
            printf("Sorted sequence cannot be determined.\n");
        }
    }

    return 0;
}


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