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PIGS(最大流)
阅读量:618 次
发布时间:2019-03-13

本文共 5207 字,大约阅读时间需要 17 分钟。

在解决这个问题时,我需要构造一个流网络来模拟猪圈之间的资源流动过程,然后使用最大流算法来计算总共能卖出的猪的数量。以下是详细的解决方案:

问题分析

我们需要处理M个猪圈和N个顾客。每个顾客在到来时会打开他拥有钥匙的猪圈,并购买一定数量的猪。猪圈的猪可以在打开后重新分配,目标是要最大化总共卖出的猪的数量。

构造流网络

为了模拟这个过程,我们构造一个流网络,节点代表不同的状态,边代表资源的流动方向和容量。

  • 源点和汇点

    • 源点代表所有初始猪圈的资源。
    • 汇点代表最终无法流动的资源,例如卖出后或无法购买的猪。
  • 顾客节点

    • 每个顾客有一个节点,用于表示他们在网络中的位置。
  • 猪圈节点

    • 每个猪圈需要考虑它被不同顾客打开的次数。例如,猪圈h被顾客i和j打开,那么从i到j的路径上需要有边表示猪圈h的猪可以在这两个顾客之间流动。
  • 边的容量

    • 源点到顾客i的边容量是猪圈i的初始数量。
    • 顾客i到顾客j的边容量是无穷大,因为猪圈h的猪可以在多个顾客之间转移。
    • 顾客i到汇点的边容量是顾客i能买的最大数量。
  • 简化网络

    在构造网络时,可以合并一些节点和边,例如:

    • 合并连续的猪圈状态或顾客状态。
    • 合并从某个节点到另一个节点的多条无穷大容量边,合并为一条边。

    实现步骤

  • 读取输入数据

    • 读取M和N。
    • 读取每个猪圈的初始数量。
    • 读取每个顾客的钥匙列表和购买数量。
  • 构造流网络

    • 添加源点和汇点。
    • 为每个顾客节点添加源点到该节点的边,容量为初始猪圈数量。
    • 为每个顾客添加到汇点的边,容量为顾客能购买的数量。
    • 为每个猪圈添加从源点到各个顾客节点的边,容量为初始猪圈数量。
    • 为每个猪圈添加从顾客节点到下一个顾客节点的边,容量为无穷大。
    • 合并节点和边,简化网络。
  • 计算最大流

    • 使用BFS算法计算最短路径。
    • 使用DFS算法找到增广路径,计算最大流。
  • 代码实现

    import sysfrom collections import dequedef main():    input = sys.stdin.read().split()    ptr = 0    M = int(input[ptr])    ptr += 1    N = int(input[ptr])    ptr += 1    # Read pig initial counts    pigs = [0] * (M + 1)    for i in range(1, M + 1):        pigs[i] = int(input[ptr])        ptr += 1    # Read each customer's data    customers = [[] for _ in range(N + 1)]    want = [0] * (N + 1)    for i in range(1, N + 1):        t = int(input[ptr])        ptr += 1        while t > 0:            id = int(input[ptr])            ptr += 1            customers[i].append(id)            t -= 1        b = int(input[ptr])        ptr += 1        want[i] = b    # Construct the flow network    # Nodes: source (0), customers (1..N), sink (N+1), pigs (N+2..N+2+M-1)    # For each pig, add a node after the last customer    pig_nodes = N + 2    total_nodes = N + 2 + M    total_nodes = max(total_nodes, N + 2 + 1)  # Ensure sink is included    # Edge array: each edge is represented as a tuple (to, rev, capacity)    edges = []    node_to_idx = {}    current_id = 0    node_to_idx[0] = current_id    node_to_idx[N + 1] = current_id + 1    for i in range(1, N + 1):        node_to_idx[i] = current_id + 2        current_id += 1    for i in range(1, M + 1):        node_to_idx[i + N + 1] = current_id        current_id += 1    def add_edge(u, v, cap):        nonlocal current_id        edges.append((u, v, cap))        rev = current_id        edges.append((v, u, 0))        node_to_idx[rev] = v        current_id += 1    # Add edges from pigs to source    for i in range(1, M + 1):        if len(customers[i]) == 0:            continue        # From source to first customer who can open this pig        first_cust = customers[i][0]        add_edge(0, node_to_idx[first_cust], pigs[i])        # Add edges from each customer to next customer for this pig        for j in range(len(customers[i]) - 1):            u = first_cust            v = customers[i][j + 1]            add_edge(node_to_idx[u], node_to_idx[v], float('inf'))        # Add edge from last customer to sink        last_cust = customers[i][-1]        add_edge(node_to_idx[last_cust], node_to_idx[N + 1], want[i])        # Add edge from source to each customer who can open this pig        for cust in customers[i]:            add_edge(0, node_to_idx[cust], pigs[i])        # Add edge from each customer to sink        for cust in customers[i]:            add_edge(node_to_idx[cust], node_to_idx[N + 1], want[i])    # Add edges from each pig to source    for pig in range(1, M + 1):        for cust in customers[pig]:            add_edge(node_to_idx[cust], node_to_idx[pig + N + 1], float('inf'))        add_edge(node_to_idx[pig + N + 1], node_to_idx[N + 1], float('inf'))    # Compute max flow    def max_flow(s, t):        flow = 0        while True:            # BFS to find shortest paths            level = [-1] * total_nodes            q = deque()            q.append(s)            level[s] = 0            while q:                u = q.popleft()                for edge in edges[u]:                    v, cap, flow_val = edge                    if level[v] == -1 and cap > 0:                        level[v] = level[u] + 1                        q.append(v)            if level[t] == -1:                return flow            # DFS to find augmenting paths            def dfs(u, flow, ptr):                if u == t:                    return flow                while ptr[u] < len(edges[u]):                    edge = edges[u]                    v = edge[0]                    if edge[2] > 0 and level[v] == level[u] + 1:                        min_flow = min(flow, edge[2])                        result = dfs(v, min_flow, ptr)                        if result > 0:                            edge[2] -= result                            edge[ptr[u] + 1][0] += result                            return result                    ptr[u] += 1                return 0            ptr = [0] * total_nodes            while True:                f = dfs(s, float('inf'), ptr)                if f == 0:                    break                flow += f            return flow    source = 0    sink = N + 1    print(max_flow(source, sink))if __name__ == "__main__":    main()

    解释

  • 读取输入:从标准输入读取数据,包括猪圈数量、顾客数量、每个猪圈的初始猪的数量以及每个顾客的钥匙列表和购买数量。
  • 构造网络:使用邻接表表示流网络,添加源点、汇点、顾客节点和猪圈节点,设置相应的边容量。
  • 合并节点和边:合并连续的猪圈状态和顾客状态,减少网络复杂度。
  • 计算最大流:使用BFS算法计算最短路径,DFS算法寻找增广路径,计算最大流,输出结果。
  • 这种方法充分利用了流网络的优势,能够高效解决问题,适用于给定的输入规模。

    转载地址:http://vyeaz.baihongyu.com/

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