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猫和狗题解

需求理解

你现在需要解决的是这个马戏团安排猫和狗表演、最大化观众人数的问题,核心是找到一种选猫和狗出场的方案,让尽可能多的观众满足 “想看的出场、不想看的不出场” 的条件。

问题分析

1. 核心矛盾:观众之间的冲突

首先要明确观众冲突的定义:

观众分为两类:
猫派观众(记为类型 C):想看某只猫,不想看某只狗(格式:Cx Dy)
狗派观众(记为类型 D):想看某只狗,不想看某只猫(格式:Dx Cy)

两个观众冲突的条件:无法同时满足两人的要求。比如:
观众 A 是 C1 D2(想看猫 1,不想看狗 2),观众 B 是 D2 C1(想看狗 2,不想看猫 1)→ 两人冲突(A 要狗 2 不出、猫 1 出;B 要狗 2 出、猫 1 不出,无法共存);
观众 A 是 C1 D2,观众 B 是 C1 D3 → 两人不冲突(选猫 1 出场、狗 2 和 3 都不出即可同时满足)。

2. 问题转化:二分图最大独立集

这个问题本质是二分图的最大独立集问题,原因如下:

二分图的构建:

把所有观众分成左右两部分:左边是猫派观众,右边是狗派观众;
若猫派观众 A 和狗派观众 B 冲突(无法同时满足),则在 A 和 B 之间连一条边。

最大独立集的含义:在二分图中选出最多的顶点,使得这些顶点之间没有边相连(即选出的观众彼此不冲突),这正是我们要找的 “最多能满足的观众数”。

3. 关键定理

二分图有一个核心定理:最大独立集总顶点数最大匹配数因此,解决问题的核心步骤就变成:

构建猫派 - 狗派的冲突二分图;
求这个二分图的最大匹配数;
用总观众数减去最大匹配数,得到答案。

具体解题思路

步骤 1:分类观众

遍历所有 k 个观众,将他们分为两类:

猫派列表(cat_audience):想看猫、不想看狗的观众;
狗派列表(dog_audience):想看狗、不想看猫的观众。

步骤 2:构建冲突图(邻接表)

遍历每一个猫派观众 A,再遍历每一个狗派观众 B,判断是否冲突:冲突条件(同时满足):

A 想看的动物 = B 不想看的动物;
A 不想看的动物 = B 想看的动物。比如:A:C1 D2 → 想看 C1,不想看 D2;B:D2 C1 → 想看 D2,不想看 C1;→ C1 = B 不想看的 C1,D2 = B 想看的 D2 → 冲突,在 A 和 B 之间连边。

步骤 3:求二分图的最大匹配

这里可以用经典的匈牙利算法(Hungarian Algorithm),专门解决二分图最大匹配问题,时间复杂度为 O (VE)(V 是顶点数,E 是边数),对于 k≤1000 的场景完全够用。

步骤 4:计算答案

根据定理:答案总观众数二分图最大匹配数

关键细节解释

1. 为什么是最大独立集?

独立集:集合内的观众彼此不冲突,即可以同时满足;
最大独立集:能满足的最多观众数,正是题目要求的目标。

2. 匈牙利算法的核心思想

为左边的每个节点(猫派观众)寻找匹配的右边节点(狗派观众);
若当前节点找不到匹配,尝试 “让” 已匹配的节点换一个匹配,从而腾出位置;
最终统计能匹配的最大对数,即为最大匹配数。

http://www.jsqmd.com/news/420142/

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