BZOJ2200 道路和航线【好题】【dfs】【最短路】【缩点】

2200: [Usaco2011 Jan]道路和航线

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Description

Farmer John正在一个新的销售区域对他的牛奶销售方案进行调查。他想把牛奶送到T个城镇 (1 <= T <= 25,000)，编号为1T。这些城镇之间通过R条道路 (1 <= R <= 50,000，编号为1到R) 和P条航线 (1 <= P <= 50,000，编号为1到P) 连接。每条道路i或者航线i连接城镇A_i (1 <= A_i <= T)到B_i (1 <= B_i <= T)，花费为C_i。对于道路，0 <= C_i <= 10,000;然而航线的花费很神奇，花费C_i可能是负数(-10,000 <= C_i <= 10,000)。道路是双向的，可以从A_i到B_i，也可以从B_i到A_i，花费都是C_i。然而航线与之不同，只可以从A_i到B_i。事实上，由于最近恐怖主义太嚣张，为了社会和谐，出台 了一些政策保证：如果有一条航线可以从A_i到B_i，那么保证不可能通过一些道路和航线从B_i回到A_i。由于FJ的奶牛世界公认十分给力，他需要运送奶牛到每一个城镇。他想找到从发送中心城镇S(1 <= S <= T) 把奶牛送到每个城镇的最便宜的方案，或者知道这是不可能的。

Input

* 第1行：四个空格隔开的整数: T, R, P, and S * 第2到R+1行：三个空格隔开的整数（表示一条道路）：A_i, B_i 和 C_i * 第R+2到R+P+1行：三个空格隔开的整数（表示一条航线）：A_i, B_i 和 C_i

Output

* 第1到T行：从S到达城镇i的最小花费，如果不存在输出"NO PATH"。

Sample Input

6 3 3 4
1 2 5
3 4 5
5 6 10
3 5 -100
4 6 -100
1 3 -10

样例输入解释：

一共六个城镇。在1-2，3-4，5-6之间有道路，花费分别是5，5，10。同时有三条航线：3->5，
4->6和1->3，花费分别是-100，-100，-10。FJ的中心城镇在城镇4。

Sample Output

NO PATH
NO PATH
5
0
-95
-100

样例输出解释：

FJ的奶牛从4号城镇开始，可以通过道路到达3号城镇。然后他们会通过航线达到5和6号城镇。
但是不可能到达1和2号城镇。

HINT

 

Source

Gold

 

题意：

$N$个点，$R$个无向边$P$个有向边。每条边上有一个权值，无向边的权值一定是正数，有向边可能为负。现在从$S$出发，问到达其他各点的最短路。

思路：

因为有负边，所以dijkstra不能用了。数据造的卡spfa了，据说用spfa优化可以过。

这里用的lyd书上说的解法，缩点然后拓扑序扫描求出单源最短路。复杂度是$O(T+P+RlogT)

由于无向边都是非负的，只有单向边可能是负的并且单向边不构成环。所以可以把图变成一个有向无环图。

首先我们添加所有的无向边，这会使得$N$个节点形成若干个联通块。我们把这些连通块整体看成一个点【缩点】。此时再添加有向边，就可以得到一张有向无环图。而在一个连通块内部我们可以使用堆优化的dijkstra计算块内的最短路。

算法大概分成这样几步：

1、使用dfs构建连通块，$vis[i]$记录的是第$i$个节点所在连通块的编号。

2、加入有向边，计算每个连通块的入度$deg[i]$

3、建立队列进行拓扑排序，最初时包含所有入度为$0$的连通块编号。初始化最短路数组$d$,$d[S] = 0$, 其他点为$inf$

4、使用堆优化的dijkstra处理每一个连通块。每次从堆中取出$d$最小的节点$x$，并且扫描$x$出发的所有边（包括无向和有向），进行松弛操作。

　　如果这条边的终点$y$和$x$在同一个连通块中，并且$d[y]$被$d[x]$更新了，就把$y$加入到堆中（与dijkstra相同）

　　如果终点和$x$不在同一个连通块中了，需要做的是拓扑排序的步骤。将$y$对应的连通块的入度减$1$，如果入度是0了，就可以插入到拓扑排序的队列末尾了。

 

虐狗宝典阅读笔记：

1、在有向无环图上，无论边权正负，都可以按照拓扑序进行扫描，在线性时间内求出单源最短路。

2、spfa一种名为SLF的优化策略：基于双端队列的思想。在每次更新$dist[y]$之后，把$dist[y]$与当前队头节点（即把$x$出队以后，队头的那个节点）的$dist$值进行比较。若$dist[y]$更小，则从队头把$y$入队，否则仍从队尾入队。

#include<iostream>
//#include<bits/stdc++.h>
#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<queue>
#include<vector>
#include<set>
#include<climits>
using namespace std;
typedef long long LL;
#define N 100010
#define pi 3.1415926535
#define inf 0x3f3f3f3f

int n, r, p, s;
const int maxn = 25005;
vector<pair<int, int> >road[maxn];//终点，权值
vector<pair<int, int> >flight[maxn];
vector<int>seg[maxn];
int vis[maxn];
int deg[maxn];//第i个联通块的总入度

int cnt;
void dfs(int x)
{
    vis[x] = cnt;
    seg[cnt].push_back(x);
    for(int i = 0; i < road[x].size(); i++){
        int y = road[x][i].first;
        if(vis[y])continue;
        dfs(y);
    }
}
void get_connect()
{
    cnt = 0;//联通块个数
    for(int i = 1; i <= n; i++){
        vis[i] = 0;
    }
    for(int i = 1; i <= n; i++){
        if(!vis[i]){
            cnt++;
            dfs(i);
        }
    }
}

LL d[maxn];
bool v[maxn];
void solve()
{
    memset(v, 0, sizeof(v));
    memset(d, 0x3f, sizeof(d));
    d[s] = 0;
    queue<int>q;
    for(int i = 1; i <= cnt; i++){
        if(deg[i] == 0){
            q.push(i);
        }
    }
    while(q.size()){
        int id = q.front();q.pop();
        set<pair<LL, int>, less<pair<LL, int> > >min_heap;
        set<pair<LL, int>, less<pair<LL, int> > >::iterator it;
        for(int i = 0; i < seg[id].size(); i++){
            min_heap.insert(make_pair(d[seg[id][i]], seg[id][i]));
            //v[seg[id][i]] = 0;
        }
        while(!min_heap.empty()){
            it = min_heap.begin();
            int x = it->second;
            min_heap.erase(*it);
            //if(v[x])continue;
            //v[x] = true;
            for(int i = 0; i < road[x].size();i++){
                int y = road[x][i].first;
                LL z = road[x][i].second;
                if(d[x] + z < d[y]){
                    if(vis[y] == vis[x]){
                        min_heap.erase(make_pair(d[y], y));
                        d[y] = d[x] + z;
                        min_heap.insert(make_pair(d[y], y));
                    }

                }
                if(vis[x] != vis[y]){
                    d[y] = min(d[y], d[x] + z);
                    deg[vis[y]]--;
                    if(deg[vis[y]] == 0)q.push(vis[y]);
                }
            }
            for(int i = 0; i < flight[x].size();i++){
                int y = flight[x][i].first;
                LL z = flight[x][i].second;
                if(d[x] + z < d[y]){
                    if(vis[y] == vis[x]){
                        min_heap.erase(make_pair(d[y], y));
                        d[y] = d[x] + z;
                        min_heap.insert(make_pair(d[y], y));
                    }

                }
                if(vis[x] != vis[y]){
                    d[y] = min(d[y], d[x] + z);
                    deg[vis[y]]--;
                    if(deg[vis[y]] == 0)q.push(vis[y]);
                }
            }
        }
    }
}

int main()
{
    //freopen("in.txt", "r", stdin);
    scanf("%d%d%d%d", &n, &r, &p, &s);
    for(int i = 0; i <= n; i++){
        road[i].clear();
        flight[i].clear();
        seg[i].clear();
    }
    for(int i = 0; i < r; i++){
        int u, v, w;
        scanf("%d%d%d", &u, &v, &w);
        road[u].push_back(make_pair(v, w));
        road[v].push_back(make_pair(u, w));
    }
    get_connect();
    for(int i = 0; i < p; i++){
        int u, v, w;
        scanf("%d%d%d", &u, &v, &w);
        flight[u].push_back(make_pair(v, w));
        deg[vis[v]]++;
    }

    solve();
    for(int i = 1; i <= n; i++){
        if(d[i] > 1000000000){
            printf("NO PATH\n");
        }
        else{
            printf("%lld\n", d[i]);
        }
    }
    return 0;
}