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集训图论专题

A ARC214F Unpredictable Moves

jly:一般来说,网格图上点的连通性问题可以转化为对偶图的割的问题。

先不考虑不能在同一个方向走连续两步的限制,考虑如何用最小割建模。

不难发现,如果一组障碍可以使得 \((1,1)\)\((n,m)\) 不连通,则一定是一组障碍八连通,且这些障碍中有一个在左下的边界周围,有一个在右上的边界周围。

这样我们令左下边界为 \(S\),右上边界为 \(T\),如果障碍之间以及障碍和边界之间八连通连无向边,则使得 \((1,1),(n,m)\) 连通则则需要使得 \(S,T\) 不连通。

这样把一个障碍点拆成容量为 \(1\) 的边,其余边为 \(+\infty\) 跑最小割即可。

考虑加入同一个方向不能走连续两步的限制,唯一发生变化的限制就是此时如果两个障碍在同一行或同一列,且中间空了一个格子,我们不能从这个格子穿过去,综合上面的讨论,我们让障碍之间以及障碍和边界之间曼哈顿距离 \(\le 2\) 的连无向边,再跑最小割即可解决。

注意 \((0,1),(1,0),(n,m+1),(n+1,m)\) 这四个点要脱离左下边界和右上边界,因为我们在 \((1,1)\) 只需要考虑走出去,而在 \((n,m)\) 只需要考虑走进去。

B QOJ7340 Spoonerisms

感觉是最简单的一题了。

考虑让每个字符串的前缀 \([1,i]\) 向后缀 \([i+1,|s_i|]\) 连一条无向边,得到一个二分图,注意左部点的字符串和右部点的字符串应当区分。

题目让我们求四元环,虽然 \(m\le 10^6\),但我们四元环计数的 \(O(m\sqrt{m})\) 做法是知名的左手常数小,右手小常数。所以用一般图找四元环的方法来找二分图上的四元环。

每次要找四元环,我们枚举四元环里度数最大的那个点 \(x\),枚举与他相邻且度数比他小的点 \(y\),然后将 \(y\) 周围的所有点都打上标记 \(y\),如果在枚举 \(x\) 的一个相邻点 \(y\) 时,遍历到 \(y\) 相邻点 \(z\) 时发现 \(z\) 有标记 \(w\)\(x,y,z,w\) 为一个四元环。

考虑时间复杂度分析?设 \(x\) 的度数为 \(deg_x\),则 \(y\) 给周围点打标机的复杂度为 \(deg_y\),主要看 \(y\) 会被枚举到几次,这个次数是 \(\min(|\{x|deg_x>deg_y\}|,deg_y)\),根号分治,根据 \(deg_y\)\(\sqrt{m}\) 的关系,可以得到后半部分的 \(\min<\sqrt{m}\),而 \(\sum deg_i =m\),所以总复杂度为 \(O(m\sqrt{m})\)

C The Imaginary Girlfriend

过于困难,jly 讲一半给自己 hack 了。

D QOJ7324 Eulerian Orientation

非常厉害的题。

考虑一个连通的图有多少个子图是欧拉图,我们先任意钦定一颗搜索树,对于剩下的非树边 \(m-n+1\),无论我们怎样染色,最终导致树中的点度数此时为奇数或偶数,我们都可以通过每个点连向父亲的点的染色来改变奇偶性,因为一个图的度数和为偶数,所以从下往上操作到根时,根一定符合条件。

所以 \(c\) 个连通块的图通过染色得到的欧拉图的方案数为 \(2^{m-n+c}\)

考虑如何对 \(x^2\) 计数?我们考虑 \(x^2\) 的实际意义,就是确定一个染色方案后,枚举其中任意两条红边,事实上,我们改变枚举顺序,先任意枚举两条红边,在考虑有多少个染色方案包含这两条红边。考虑选择两条红边 \(e,f\)

如果 \(e,f\) 之一是割边,则无合法方案:命题等价于欧拉图不含割边,考虑将原图分为两个部分,先将割边连接,此时左右两个部分各有一个奇度点,其余均是偶度点,每次加一条边,只可能导致一侧某两个点奇偶性同时发生变化,两侧始终有一个奇度点,所以无解。

考虑 \(e=f\) 的情况,此时 \(e,f\) 可以看做一条非树边,固定一条边的颜色后方案数为 \(2^{m-n+c-1}\)

考虑 \(e\ne f\) 的情况,若 \(\{e,f\}\) 不是割集,则此时 \(e,f\) 可以看做两条非树边,固定一条边的颜色后方案数为 \(2^{m-n+c-2}\)

\(\{e,f\}\) 是割集,考虑删掉这两条边,分别求出内部生成树,边数减二连通快数加一,再加上两条边,两条链的奇偶性发生两次变化,仍然合法。

好的,问题是快速求出割边和两个边的割集。对于求割集,我们可以将非树边随机权值,让非树边向他覆盖的树边都异或上这个权值(使用树上差分),则一个集合 \(S\) 为割集等等价于集合内各边异或和为 \(0\),证明是神秘线性代数推导我不会。

两个边的割集就是 \(w_e=w_f\),同理,在树上差分的过程中,若一条树边权值为 \(0\),则该树边是割边,然后统计去做就行了,时间复杂度为 \(O(n)\)

E ARC156F Make Same Set

考虑这样一个过程:

\(\forall i \in [1,n]\):将 \(A_i\)\(B_i\) 加入集合 \(S\),或什么都不做。

\(\forall i \in [1,n]\):将 \(A_i\)\(C_i\) 加入集合 \(T\),或什么都不做。

最后最大化 \(|S\cap T|\) 的大小。可以用网络流,相当一第一轮往 \(S\) 加数,第二轮往 \(S\) 取数,看最大取多少。

网络流,\(\forall x \in [1,n]\),连 \(S\to in_x,out_x\to T\) 的边,连 \(in_x\to w_{A_x},in_{x}\to w_{B_x},w_{A_x}\to out_x,w_{C_x}\to out_x\) 的边,再在 \(w_{A_i}\) 拆成出点和入点,中间连边(保证集合不重复),然后边权均设置为 \(1\) 跑最大流。

但这样做是有问题的,我们什么都不做的话有一个前提,就是集合中已经包含了 \(A_i,B_i\) 之一或已经从集合中取走了 \(A_i,C_i\) 之一。

然后根据 dinic 算法每次只会增广最短增广路,我们只需要初始选择所有 \(A_i\),然后暴力增广,就能保证上述情况不会发生。

时间复杂度类似二分图最大匹配的网络流方法,复杂度为 \(O(m\sqrt{n})\)

F CF1517G Starry Night Camping

注意力惊人。我们规定:

  1. \(x\) 奇,\(y\) 偶为 \(1\) 类点。

  2. \(x\) 偶,\(y\) 偶为 \(2\) 类点。

  3. \(x\) 奇,\(y\) 偶为 \(3\) 类点。

  4. \(x\) 偶,\(y\) 偶为 \(4\) 类点。

任意四个不合法帐篷组成的图形可以看成其内部 \(1\to 2\to 3\to 4\) 的路径。

对于 \(1\le x<4\),我们让所有 \(x\) 向其相邻的 \(x+1\) 类点连边。\(S\)\(1\) 类点连边,\(4\) 类点向 \(T\) 连边。

我们要做的就是割掉一些点使得 \(S\to T\) 的路径不存在。于是把点拆成边,边的容量为拆点的代价,其余边容量均为 \(+\infty\),这个题就变成最小割板子了。

G AGC033F Adding Edges

若存在边 \((u,w),(u,v)\)\(u,v,w\) 在一个路径上,显然将 \((u,w)\) 换成 \((v,w)\) 不会影响答案。

进一步可以发现,这些段越零碎越灵活,所以我们考虑将原图 \(G\) 中所有满足上述条件的边处理,得到 \(G'\),则最终在图中的边 \((u,v)\) 一定是 \(G'\) 中若干个边收尾拼在一起组成的。

得到 \(G'\)\(O(n^2)\) 随便计算,如何正确得到 \(G'\)?考虑增量法动态加边。

我们设 \(f(t,x)\) 表示 \(t\) 为根下与 \(t\) 相连的 \(x\) 的深度最大祖先。

每次我们先仿照上面的模式,尽可能减小 \((u,v)\),再去更新 \(f\) 数组,在更新的过程中,可能会有 \((u,w)\) 这种之前加入时已经减小的最小,现在加入 \((u,v)\) 后又可以继续减小,那我们就重新加入继续减小。

更新 \(f\) 数组可以做到 \(O(n^2)\),每一条边虽然可能多次加入,但只会不断减小,均摊也是 \(O(n^2)\) 的。

H ARC170F Edge Deletion 2

鸽了,已经没有可以思考的心智了。

I QOJ8800 Triinformathlon

不难发现把最基础的偏序关系当成边后,我们得到了一个竞赛图。

对于这种具有查询传递性的问题,考虑bitset缩点。

竞赛图有一个很好的性质,一定存在一条路径经过 \(1\sim n\) 的点恰好一次,我们考虑把这个链提取出来,这样缩点就是把链上的一段区间缩成一个点。

结论就是 P10451,实现可以用 stable_sort 自定义函数快速找路径。

接下来,我们找出每个人 \(i\) 在路径上的位置 \(rk_i\),我们要找他能偏序的,最小的 \(rk_i\) 是什么。

这一部分实际上是三个二维偏序分开处理一下就行,最后我们倒着往前用并查集合并在同一个强联通分量的点。

对于询问,在一个强联通分量可以互相偏序,不在的话就比较 \(rk_i\)。然后就做完了。

时间复杂度为 \(O(n\log n)\)

J QOJ406 Sandwich

很奇怪的题。

显然,我们如果拿走了一个方格中的三角形 \(x\) 后,另一个三角形 \(y\) 就能直接拿出来,我们考虑两个三角形分别求出单独拿出来的花费 \(A,B\),答案即为 \(\min(A,B)+1\)

现在,我们的任务变成了了拿出一个三角形 \(x\),因为我们已知 \(y\)\(x\) 后拿出,考虑拿走 \(x\) 两个直角边三角形 \(a,b\)

我们要拿出三角形 \(a\),但 \(a\) 直角边相对的三角形 \(x\) 在其之后拿出,所以我们必须先拿走 \(a\) 的对角线相邻三角形 \(c\)

不难发现,我们实际上在不断递归解决子问题,我们让相邻的两个三角形连无向边,并根据两三角形是直角边相邻还是斜边相邻分类,则拿出一个三角形 \(x\) 的花费为从 \(x\) 出发,第一步只能走直角相邻的边,接下来每一步走的边不能和上一步类型相同,能走到的点的个数。

如何判断无解?如果我们推导出了想拿出 \(a\) 就要先拿 \(b\),想拿出 \(b\) 就要先拿出 \(a\) 的结论则无解,体现在上述 DFS 过程中就是我们将当前递归中的点加入栈,但我们下一步要走到一个栈中的节点,此时就是无解。

为了保证时间复杂度,一个点如果可以正常完成递归,则第二次要搜索他时就不搜索他了,需要用数组标记。时间复杂度为 \(O(n^4)\)

考虑优化,注意到我们的无向边在一横行里面完整的连接了所有的三角形,一些三角形第一步总是往右走,我们就把这些三角形放在一起处理,每次从右往左一个一个 DFS,但每次 DFS 都继承上一次的标记数组。同理对于往左的也是如此,时间复杂度为 \(O(n^3)\)

注意到常数巨大无比,我们发现 vector 存图太慢了,但是 DFS 过程中一个点只可能走两类边,走斜边相邻的边容易求得另外一个为一点的编号,走直角相邻边就用 \(nm\) 个长度为 \(2\) 的数组存储即可。然后就跑的很快了。

http://www.jsqmd.com/news/415393/

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