[模板] 2-SAT 问题
简介
2-SAT (2-satisfiability) 问题形如:
- 给定一些变量 \(x_i \in \{true, false\}\);
- 给定一些一元/二元约束条件, 如 \(x_i \land \lnot x_j\), 利用 \(\land\) 连接;
- 为每一个变量赋一个值, 满足所有约束条件.
将第2条中的一/二元约束条件改为多元, 即为 N-SAT 问题.
可以证明 N-SAT 问题没有多项式解法, 但 2-SAT 问题有 \(O(n + m)\) 的解法.
算法
对每个变量建立两个点: \(x_i\), \(x_i'\), 表示取真或假.
根据约束条件建立若干条边 \((p, q)\), 表示若选 \(p\) 则必须选 \(q\). (见下)
将得到的图缩点. 若 \(x_i\) 和 \(x_i'\) 在同一个强连通分量内, 则无解.
否则, 若 \(x_i\) 的所在强连通分量的拓扑序大于 \(x_i'\), 则选 \(x_i\); 否则选 \(x_i'\).
我们知道tarjan算法求出的强连通分量标号为强连通分量拓扑序的逆序. 因此判断 \(scc_{x_i} < scc_{x_i'}\) 即可.
建边
- 一元逻辑
- \(p\): \((p', p)\);
- \(\lnot p\): \((p, p')\).
- 二元逻辑 (\(p\) 和 \(\lnot p\) 是一样的, 下面仅描述 \(p\) 的情况)
- \(p \rightarrow q\): \((p, q)\), \((q', p')\);
- \(p \land q\): 等价于 \(p\), \(q\);
- \(p \lor q\): \((p', q)\), \((q', p)\) (等价于 \(\lnot p \rightarrow q\));
- \(p \oplus q\): \((p, q')\), \((p', q)\), \((q, p')\), \((q', p)\). (xor)
容易发现所有二元逻辑都会建立若干对边, 这称作2-SAT问题的对称性, 是算法正确的关键.
较慢的算法 && 字典序最小解
我们还可以枚举每个点, 然后假设其为 true (或者 false), 从该点dfs判断是否可行.
这样可以求出一些特殊条件的解, 如最小字典序.
时间复杂度 \(O(nm)\), 但是多数情况跑不满.
代码
//任意解
int chos[nsz];
int dfn[nsz*2],pd=0,low[nsz*2],inscc[nsz*2],ps=0;
int stk[nsz*2],top=0,vi[nsz*2];
void tarj(int p){
dfn[p]=low[p]=++pd;
stk[++top]=p,vi[p]=1;
for(auto v:edge[p]){
if(dfn[v]==0){
tarj(v);
low[p]=min(low[p],low[v]);
}
else if(vi[v])low[p]=min(low[p],dfn[v]);
}
if(low[p]==dfn[p]){//scc
++ps;
int v;
do{
v=stk[top];
inscc[v]=ps,vi[v]=0,--top;
}while(v!=p);
}
}
bool sat2(){//toefl ielts sat
rep(i,2,n*2+1)if(dfn[i]==0)tarj(i);
rep(i,1,n){
if(inscc[i<<1]==inscc[i<<1|1])return 0;//no solution
chos[i]=inscc[i<<1|1]<inscc[i<<1];
}
return 1;
}