『Graphs』Record
由于被 CSP-S 的三道图论题 创 死 ,所以决定来写这个东西。
比隔壁 wwh 的 dp 题单简单多了。
有手就行。
贪心/构造相关#
CF723E One-Way Reform#
Difficulty : 2200
Description#
给出一个 个点 条边的无向图,你需要给每条边定向,使得有尽量多的点,入度等于出度,并构造方案。 。
Solution#
首先度数为奇数的点当然是不可能放进答案里的,所以答案的上限为 ,即偶度点的个数。
下面考虑构造合法的解,使得每一个偶点都满足条件。
新建一个虚点,向每个度数为奇数的点连无向的虚边,把原图补全成一个每个点的度数都是偶数的无向图。这种图中必定有欧拉回路。
方案就是根据回路的顺序给边标方向,然后把刚刚添加的虚边删掉。我们发现每个偶点都没有连虚边,所以它们的出度均等于入度,构造完毕。
CF1062E Company#
Difficulty : 2300
Description#
给定一颗树,有若干个询问,每个询问给出 ,,要求编号为 ~ 的点任意删去一个之后剩余点的 深度最大,输出删去点的编号和 的最大深度。
。
Solution#
对于一个询问 ,假设 。
如果删去了点 ,使得 从 下移到了点 ,说明 一定在 的子树内并且不在 的子树内。
这样顺序好像不太对,这样说吧:
如果你想让答案从 变成 ,那么你需要尽可能选一个不在 子树内的点。
不难发现,取一个 中 dfs
序的最小,或者取个最大,答案就这两种情况,不可能更优了。
因为如果能到 的话,如果 的 dfs
序在中间,那你取最小和最大都行;如果 的 dfs
序在两边,那总有一边是不在 的子树里的。
于是取 中 dfs
序最小/最大然后取深度 即可。
复杂度 。
P5631 最小mex生成树#
Description#
给定 个点 条边的无向连通图,边有边权。
设一个自然数集合 的 为:最小的、没有出现在 中的自然数。
现在你要求出一个这个图的生成树,使得其边权集合的 尽可能小。
。
Solution#
经典线段树分治。
考虑如何判断能否让 成为答案,把所有权值为 的边删掉后,若图联通则有生成树,这样的生成树的边中一定不包含权值 。所以这个图联通是 可以为答案的必要条件。
显然只要 都不能成为答案,那么满足上述必要条件即为最小的 值。
于是可以考虑线段树分治,当前分治区间 表示权值在 之间的边都不加进图里。使用可撤销并查集维护,优先跑左区间即可。
拓扑排序相关#
CF1100E Andrew and Taxi#
Difficulty : 2200
Description#
给定一个有向图,改变其中某些边的方向,它将成为一个有向无环图。现在求一个改变边方向的方案,使得所选边边权的最大值最小。
Solution#
一眼鉴定为二分答案。
考虑当前二分一个 ,权值小于等于 的边都可以反向,但是大于 的边都不能动。
那就先把 的边 全部加进图中,如果产生了环就必定不行。
如果此时没有环,那么加进 的边后就必定可以构造方案使得图中无环。
因为如果有环的话,这个环必定包含若干 的边,把这些边中任选一条反向即可。对于若干个环我们总有反向的方案。
那考虑一条边什么时候需要反向:由于所有 的边组成的图必然是 DAG
,那么我们对其求出拓扑序。如果 的边中有 使得 的拓扑序比 的大,那么说明组成了环,我们将它反向即可。
时间复杂度 。
AGC027F Grafting#
Difficulty : 3544
Description#
给定两棵 个节点的树 , 你需要对 执行若干次操作, 每次操作选择一个叶子节点, 删除连接这个叶子的边,并将这个叶子节点连向任意一个另外的点, 每个点只能被选择一次。
Solution#
鬼知道这是什么难度评分。
首先如果一开始 和 相同,可以直接输出 。
否则 枚举一个被操作的叶子 ,和 接到了的 点,此时 不能再被操作,所以将其当作新树 和 的根节点。
由于操作是作用于叶子的,所以一个非叶节点想要被操作,当且仅当其所有后辈节点都被扔出去了。反之,如果不操作一个点 的话, 的祖先也不会被操作。
如果需要操作一个点 ,说明 在 和 中的父亲不同,因为你断开再连回去显然不优。如果 在 和 中的父亲不同,那么你也一定要操作这个点,所以这是充分必要的。
根据上面那个结论,可以知道每个点需不需要被操作。由于操作顺序从叶子到根,所以如果存在一个点 ,其在 中的父亲 需要被操作,但是 不能被操作,那么就无解了。
否则把所有需要操作的 找出来,如果其 中的父亲 需要被操作,那么 操作的顺序一定比 前;如果其 中的父亲 需要被操作,那么 操作的顺序一定在 后。建图 跑拓扑序即可,如果无环即有解,为需要被操作的点数加上你枚举的那个叶子 。
复杂度 。
AGC010E Rearranging#
Difficulty : 3887
Description#
有一个 个数组成的序列 。
高桥君会把整个序列任意排列,然后青木君可以进行任意次操作,每次选择两个相邻的互质的数交换位置。
高桥君希望最终序列的字典序尽量小,而青木君希望字典序尽量大。求最终序列。
Solution#
这又是什么鬼评分。
考虑先手操作完后得到的序列为 ,后手如何操作得到最大答案。
由于不互质的数不能交换,所以任意一对 ,后手操作后相对顺序不变。
所以可以枚举每对不互质的数,编号小的往大的连边,然后用优先队列跑最大拓扑序。
再考虑先手如何操作。
容易发现相当于是再一个无向图上确定每条边的方向,使其成为一个 ,并且最大拓扑序最小。
贪心先从小的数开始连边即可。
复杂度 。
最短路相关#
USACO08JAN Telephone Lines S#
Description#
给定一个无向图 ,边 带权,求一条 到 的路径,使得路径上第 大值最小。。
Solution#
还是二分答案 。
新建一个图,边还是原来的边,但如果边权 的话,把它的边权改为 ,否则为 ,跑 到 的 01
最短路判断是否小于等于 即可。
时间复杂度还是 。
小清新。
网络流相关#
USACO05JAN Muddy Fields G#
Description#
牧场是一个 的矩形,包含泥地和草地,其中 。约翰决定在泥泞的牧场里放置一些木板,每一块木板的宽度为 个单位,长度任意,每一个板必须放置在平行于牧场的泥地里。 使用最少的木板覆盖所有的泥地。一个木板可以重叠在另一个木板上,但是不能放在草地上。
Solution#
考虑如果是横着放的话,必定包含了这一行的极长泥地子段,不然必定不优。竖着放同理。
所以先预处理出对于每个泥地,被横着覆盖的木板的编号或者被竖着覆盖的木板的编号。
例如样例:
原 横 竖
4 4 4 4 4 4
*.*. 1020 1040
.*** 0333 0345
***. 4440 2340
..*. 0050 0040
然后把每个泥地当作边,建二分图,左部为行,右部为列。
如果一个点为泥地,那么覆盖它的行的编号向覆盖它的列的编号连边。
答案即最小点覆盖等于最大匹配,网络流即可。由于点数最多 ,边数最多 ,于是时间复杂度 ,然而根本跑不满。
ARC074D Lotus Leaves#
Description#
给定一个的网格图,有的点可以踩,有的不能,因为有障碍。
现有一人在 处,向 移动,若此人现在在 上,那么下一步他可以移动到 或 上。可以跨越障碍。
问最少需要再放置多少障碍,可以使这个人无法从 到达 ,输出最少的数目;如果无论如何都不能使这个人无法从 到 ,则输出 -1
。
Solution#
如果网格只是 联通的话,似乎就是最小割板子了(当然也有不用最小割的做法)。
然后考虑一行一列相互连通怎么做,有一个套路叫网格图转二分图。
因为我们可以将一行或一列看成联通的整体,所以建一个二分图,左边表示 到 行,右边表示 到 列。
- 如果 为空地,说明这个点可以连接第 行和第 列,给 连上边。
- 如果 为障碍,说明通过这个点不能连接 ,那就不连边即可。
- 如果 为起点,则将源点连接 即可。
- 如果 为终点,则将 连接到汇点即可。
两个点之间有连边时可以看作联通,那么不难看出我们要求的就是原图的最小割。
跑最大流即可。
POI2010 MOS-Bridges#
Description#
给定一个图,边有权值且正着走和逆着走有不同权值,在这个图上求一条最大边权最小的欧拉回路,从点 出发,要求输出方案。
第一行包括两个整数 和 ,分别代表点的个数和边的个数。接下来 行每行包括 个整数 ,分别代表边的两个端点和正着走的权值和逆着走的权值。
如果没有符合要求的路径输出 NIE
,否则输出两行。第一行一个整数表示最小的权值,第二行 个整数表示依次经过的边的编号。
Solution#
其实这题有两种建模方法,因为我都写了,所以两个都讲好了。
一眼二分答案,转为判定性问题:
给定含有无向边和有向边的图 ,判断是否存在欧拉回路。
首先先判掉存在 , 的情况。
不能简单地根据度数判断,考虑网络流建模。
- 方法 :
考虑到对于每条边 ,最多给一个点会提供 的出度。
然后对于一个点 ,最后它的出度一定为 。
这启示我们将边和点两两匹配。那我们对于 ,连流量为 的边,表示这条边最多匹配 个点给出度。对于 ,连流量为 的边,表示这个点要匹配这么多条边给它出度。对于一条边 ,如果单向,不妨设 ,那么直接 向 流 。否则 向 分别流 ,表示 既可以匹配 ,也可以匹配 。
然后我们跑最大流,判断是否满流即可。最后构造方案可以在残量网络上根据是否有 建图跑欧拉回路。
- 方法 :
先给每条无向边随意定一个方向,假定是 ,计算此时每个点的入度 和出度 。
那么对于 的点,我们将 向 连流量 的边。表示它需要流入这么多流量才能使 。
同理,对于 的点,我们将 向 连流量 的边。表示它需要流出这么多流量才能使 。
对于无向边 ,我们假定了 。那么 连一条流量为 的边,表示我们可以反悔。
然后同样跑最大流,判断是否满流,然后构造有向图跑欧拉回路即可。
连通性相关#
CF1137C Museums Tour#
Difficulty : 2500
Description#
一个国家有 个城市,通过 条单向道路相连。有趣的是,在这个国家,每周有 天,并且每个城市恰好有一个博物馆。
已知每个博物馆一周的营业情况(开门或关门)和 条单向道路,由于道路的设计,每条道路都需要恰好一个晚上的时间通过。你需要设计一条旅游路线,使得从首都: 号城市开始,并且当天是本周的第一天。每天白天,如果当前城市的博物馆开着门,旅行者可以进入博物馆参观展览,否则什么也做不了,这一天的晚上,旅行者要么结束行程,要么通过一条道路前往下一个城市。当然,旅行者可以多次经过一个城市。
要求让旅行者能够参观的不同博物馆数量尽量多(同一个城市的博物馆参观多次仅算一次),请你求出这个最大值。
。
Solution#
考虑拆点,把城市 拆成 ,, 表示一周的第 天在 ,如果 能到 ,那 。 的权值为 当且仅当 的博物馆在第 天开门了,否则为 。
注意到一开始从 出发,某条路径能够到达的所有点的权值之和的最大值即为答案,但是不可算重。
由于不能算重,我们使用 tarjan
缩点,显然如果旅行者进入了某个 scc
, 那这个 scc
里面所有点的权值都可以被算到。缩完点后原图变成了一个 DAG
,于是直接跑最长路 dp 即可。
ZJOI2007 最大半连通子图#
Description#
一个有向图 的半联通子图定义为:图 的子图 , ,即 能到 或 能到 。
给定一张有向图 ,求 中最大半联通子图,即 ,的大小与个数。
Solution#
考虑 tarjan
缩点。
显然对于一个 scc
,要么全部取,要么全部不取。把每个 scc
缩成点,点权为这个强连通分量的大小。
剩下来一张 DAG
,我们发现最大半联通子图的大小就是 DAG
上带权最长链的大小,类似上一题最长路 dp 即可。
统计方案的话,可以在 dp 时顺便更新。
CF1361E James and the Chase#
Difficulty : 3000
Description#
给定一个有 个点 条边的有向强连通图。称一个点是好的当且仅当它到其他点都有且只有一条简单路径。如果好的点至少有 则输出所有好的点,否则输出 -1
。
。
Solution#
考虑给你一个点 ,如何判断其是否是好的。
那很简单是吧,只要以 为根建出 dfs
树,没有横叉边或者前向边的话 即为好节点。
那我们就可以 判断了。
如果我们现在知道一个点 是好的,我们考虑如何求出所有的好节点。
还是以 为根建出 dfs tree
,考虑某个 的子树,由于整个图的强连通性, 的子树中有连向其祖先的返祖边。我们不难发现这样的边有且仅有一条,否则 有两条路径可以到达 即 的父亲节点。
那我们先把所有子树 内返祖到根的祖先的边的个数记下来,如果这个个数 ,排除 是好点的可能,否则就顺便记下每个 子树的那条返祖边指向的点。
假设 的子树这条返祖边指向了 ,那么 是好点,当且仅当 是好点。考虑证明:
- 如果 是好点,那么 到所有点路径唯一,又由于 过 出子树的路径是唯一的,所以 到所有点的简单路径是唯一的,即 是好点。
- 如果 是好点,那么 到所有点路径唯一,由于 出子树必须要经过 ,所以 到 子树外所有点的路径也是唯一的,然后 到 的子树内的简单路径也是唯一的(没有前向边与横叉边),所以 是好点。
所以综合所有的结论:
一个点 是好点,当且仅当 的子树内有且仅有一条连向 的祖先的返祖边,并且这条边所连向的点是好点。
第一个条件可以考虑所有返祖边 ,它对哪些 的子树内返向 祖先的边的数量的有贡献。显然这样的 分布在 上,这里的 为 的儿子节点中靠近 侧的那个,树上差分即可和第二个条件一起解决。
以上前提为 dfs tree
的根节点为好点。
那我们只要找到一个好点,并将其作为根节点,我们就能在 的范围内求解。
由于题目只要求好点数量大于等于 时输出,所以我们随机取 个点跑 判断。
如果好点数量不小于 ,你判断不出来的概率为 趋近于 。
所以随机跑 次之后得不到一个好点的话就直接输出 ,如果错了就是宇宙射线影响。
否则以找到的好点为根 求答案即可。
计数相关#
AGC043C Giant Graph#
Description#
给定三个简单无向图 ,其中每个图的点数均为 ,边数分别为 。
现在根据 构造一个新的无向图 。 有 个点,每个点可以表示为 ,对应 中的点 , 中的点 , 中的点 。边集的构造方式如下:
若 中存在一条边 ,则对于任意 ,在 中添加边 ;
若 中存在一条边 ,则对于任意 ,在 中添加边 ;
若 中存在一条边 ,则对于任意 ,在 中添加边 .
对于 中的任意一个点 ,定义其点权为 。
试求 的最大权独立集的大小模 的值。
。
Solution#
由于 远大于 ,我们可以贪心地选择 尽量大的点。于是我们将 的 向 连有向边。
考虑一个 ,令 表示是否选择 这个点,是则为 ,否则为 。
显然有 ,即如果一个点的后继都不被选,我们就可以贪心地选择这个点;如果一个点地后继中有被选的,那这个点就不能被选。
这东西显然就是个博弈图。 为 就是必胜态, 为必败态。于是我们需要选择所有处于必败态的点的权值。
容易发现,这就相当于在三个图上,分别有一个点,为 ,每次选择 中的一个沿着有向边移动,不能移动的人输。三个图的 值异或起来为 的话在原图上就是必败态了。
由于 上 值不超过 ,可以 枚举两个图的 值 ,另一个图取 值为 的点即可。
CF718E Matvey's Birthday#
Difficulty : 3300
Description#
给定一个仅包含 a
~h
的字符串。
有一个 个结点的无向图,编号为 到 。结点 与结点 间有边相连当且仅当 或 。
求这个无向图的直径和有多少对点间的最短距离与直径相同。
Solution#
不难发现答案 ,极限的情况大概就是 ,此时跳一步和走一步等效。
这启示我们固定点 ,统计 的 的个数,拆成 的贡献和 的贡献。
为了方便,以下称从 到 或 为「走」,在相同颜色的点之间移动为「跳」。对于既可能拥有「走」操作有可能拥有「跳」操作的移动过程,称之为「跑」。
- i - j <= 15 的贡献
一种情况是 直接走到 ,步数为 。
另一种情况是 先跑到一个点 ,然后 再跳到和它相同颜色的点 ,再由 跑到 ,即 。
为了方便,预处理出 表示 跑到任意一个颜色为 的点的最短距离, 为任意两个颜色分别为 的点之间, 跑到 的最短距离。由于边权相同,可以 bfs 求出。
于是 的最小步数为 。
两种情况取 即可算出 的最短距离。枚举 ,枚举前 个数即可,复杂度 。
- i - j > 15 的贡献
只有可能是 。但是无法枚举所有的 取 。
发现 要么是 要么是 ,而颜色数很少,考虑状态压缩。把每个点压成二元组 , 为 位二进制数,第 位 表示 为 或者 。
对于相同的二元组 ,映射到不同的点。但是这些点到 的距离都是相同的,为 ,可以一起统计进答案里面。复杂度降为 ,稍微剪枝就过了。
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