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Marek and Matching (hard version) 题解

Marek and Matching (hard version)

非常好 trick,我又没见过。搬运写一下题解。

二分图完美匹配直接考虑 Hall 定理,Hall 定理的内容要求 \(\forall S,|S|\le |N(S)|\),这个 \(\forall\) 非常不好,于是正难则反,计算不合法方案,但是这个不合法方案看着就很容易算重,然后你如果去考虑用 \(ans=\sum (-1)^res(i)\)\(res(i)\) 表示有 \(i\)\(S\) 满足 \(|S|>|N(S)|\) 的概率)计算答案基本就废了,这题我们要考虑换一个思路。
我们考虑对每一个不合法情况(也就是没有完美匹配)钦定一个代表元,这题中我们钦定 \(|S|-|N(S)|\) 最大的 \((S,N(S))\) 为代表元(相同取 \(|S|\) 小的),下面我们证明对于一个不合法情况,代表元 \(S\) 是唯一确定的。

假设同时存在最优的 \(S,T\)\(|S|-|N(S)|=|T|-|N(T)|,|S|=|T|,S\ne T\),那么注意到:

\[\begin{aligned} |S|-|N(S)|+|T|-|N(T)| &= (|S|+|T|)-(N(S)+N(T)) \\ &= (|S\cup T|+|S\cap T|)-(|N(S)\cup N(T)|+|N(S)\cap N(T)|) \\ &= (|S\cup T|+|S\cap T|)-(|N(S\cup T))|+|N(S)\cap N(T)|) \\ &\le (|S\cup T|+|S\cap T|)-(|N(S\cup T))|+|N(S\cap T)|) \\ \end{aligned} \]

于是 \(S\cup T,S\cap T\) 中必有一个更优的。

于是我们就可以 DP 了,设 \(f_{S,T}\) 表示 \(S,T\) 之间有完美匹配的概率,\(g_{S,T}\) 表示 \(S,T\) 之间没有完美匹配且 \((S,T)\) 是代表元的概率,\(no_{S,T}\) 表示 \(S,T\) 之间没有边的概率,\(out_{S,T}\) 表示 \(N(S)=T\) 的概率。(以上定义均只考虑 \(S,T\) 之间的边,其他边的概率都不考虑),转移:

\[g_{S,T} = out_{S,T} - \sum_{S'\subseteq S}\sum_{T'\subseteq T} g_{S',T'}f_{S/S',T/T'}no_{S',T/T'}[|S'|-|T'|\ge |S|-|T|] \]

\[f_{S,T} = out_{S,T} - \sum_{S'\subseteq S}\sum_{T'\subseteq T} g_{S',T'}f_{S/S',T/T'}no_{S',T/T'} \]

解释一下 \(g\) 的转移,\(f\) 类似:容斥,减去代表元不是 \((S,T)\) 的概率,\(f_{S/S',T/T'}\) 是因为如果 \(S/S',T/T'\) 之间没有完美匹配,那么 \((S',T')\) 并上 \(S/S',T/T'\) 的代表元会更优,\(no_{S',T/T'}\) 是为了保证 \(N(S')=T'\)

复杂度 \(O(3^{2n})\)

#include<bits/stdc++.h>
#define Debug cerr<<"-----------------------------------"<<'\n'
using namespace std;
const int N=(1<<8)+5,mod=1e9+7;
int qp(int a,int b){int ans=1;while(b){if(b&1) ans=1ll*ans*a%mod;b>>=1,a=1ll*a*a%mod; } return ans;
}
int n,p[10][10],siz[N],no[N][N],out[N][N],f[N][N],g[N][N];
void Init(){for(int S=0;S<(1<<n);S++){siz[S]=__builtin_popcount(S);for(int T=0;T<(1<<n);T++){int ans1=1,ans2=1;for(int j=0;j<n;j++){if(!(T>>j&1)) continue;int P=1;for(int i=0;i<n;i++){if(!(S>>i&1)) continue;ans1=1ll*ans1*(1-p[i+1][j+1]+mod)%mod;P=1ll*P*(1-p[i+1][j+1]+mod)%mod;					}P=(1-P+mod)%mod;ans2=1ll*ans2*P%mod; }no[S][T]=ans1,out[S][T]=ans2;}}
}
signed main(){
//	freopen("binary.in","r",stdin);
//	freopen("binary.out","w",stdout);double beg=clock();scanf("%d",&n);for(int i=1;i<=n;i++){for(int j=1;j<=n;j++){scanf("%d",&p[i][j]); p[i][j]=1ll*p[i][j]*qp(100,mod-2)%mod;}}Init(); for(int S=1;S<(1<<n);S++){for(int T=0;T<(1<<n);T++){if(siz[T]<siz[S]){g[S][T]=out[S][T];for(int S1=S;S1;S1=(S1-1)&S){for(int T1=T;;T1=(T1-1)&T){if((S!=S1||T!=T1)&&(siz[S1]-siz[T1]>=siz[S]-siz[T])){(g[S][T]+=mod-1ll*g[S1][T1]*f[S^S1][T^T1]%mod*no[S1][T^T1]%mod)%=mod;}if(!T1) break;}}}f[S][T]=out[S][T];for(int S1=S;S1;S1=(S1-1)&S){for(int T1=T;;T1=(T1-1)&T){(f[S][T]+=mod-1ll*g[S1][T1]*f[S^S1][T^T1]%mod*no[S1][T^T1]%mod)%=mod;if(!T1) break;}}			}}printf("%d\n",f[(1<<n)-1][(1<<n)-1]);cerr<<"Times : "<<(clock()-beg)<<"ms"<<'\n';return 0;
}
http://www.jsqmd.com/news/350852/

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