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线性规划与网络流24题之最长k可重区间集问题最大权不相交路径（最大费用最大流）

2014-06-21 15:07 555 查看

http://acm.nefu.edu.cn/JudgeOnline/problemshow.php?problem_id=495

description

给定实直线L 上n 个开区间组成的集合I，和一个正整数k，试设计一个算法，从开区间集合I 中选取出开区间集合S属于I，使得在实直线L 的任何一点x，S 中包含点x 的开区间个数不超过k，且 达到最大。这样的集合S称为开区间集合I的最长k可重区间集。称为最长k可重区间集的长度。
对于给定的开区间集合I和正整数k，计算开区间集合I的最长k可重区间集的长度。

input

多组数据输入.
每组输入第1 行有2 个正整数n和k，分别表示开区间的个数和开区间的可重迭数。接下来的n行，每行有2个整数，表示开区间的左右端点坐标。

output

每组输出最长k可重区间集的长度

sample_input

sample_output

【问题分析】

最大权不相交路径问题，可以用最大费用最大流解决。

【建模方法】

方法1

按左端点排序所有区间，把每个区间拆分看做两个顶点<i.a><i.b>，建立附加源S汇T，以及附加顶点S'。

1、连接S到S'一条容量为K，费用为0的有向边。

2、从S'到每个<i.a>连接一条容量为1，费用为0的有向边。

3、从每个<i.b>到T连接一条容量为1，费用为0的有向边。

4、从每个顶点<i.a>到<i.b>连接一条容量为1，费用为区间长度的有向边。

5、对于每个区间i，与它右边的不相交的所有区间j各连一条容量为1，费用为0的有向边。

求最大费用最大流，最大费用流值就是最长k可重区间集的长度。

方法2

离散化所有区间的端点，把每个端点看做一个顶点，建立附加源S汇T。

1、从S到顶点1（最左边顶点）连接一条容量为K，费用为0的有向边。

2、从顶点2N（最右边顶点）到T连接一条容量为K，费用为0的有向边。

3、从顶点i到顶点i+1(i+1<=2N)，连接一条容量为无穷大，费用为0的有向边。

4、对于每个区间[a,b]，从a对应的顶点i到b对应的顶点j连接一条容量为1，费用为区间长度的有向边。

求最大费用最大流，最大费用流值就是最长k可重区间集的长度。

【建模分析】

这个问题可以看做是求K条权之和最大的不想交路径，每条路径为一些不相交的区间序列。由于是最大费用流，两条路径之间一定有一些区间相交，可以看做事相交部分重复了2次，

而K条路经就是最多重复了K次。最简单的想法就是把区间排序后，不相交的区间之间连接一条边，由于每个区间只能用一次，所以要拆点，点内限制流量。如果我们改变一下思路，

把端点作为网络中的顶点，区间恰恰是特定一些端点之间的边，这样建模的复杂度更小。方法1的边数是O(N^2)的，而方法2的边数是O(N)的，可以解决更大规模的问题。

方法一：

59830

20134321

495

Accepted

1340k

10ms

C++ (g++ 3.4.3)

3167

2014-06-21 11:33:44

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
using namespace std;

const int oo=1e9;//无穷大
const int maxm=1111111;//边的最大数量，为原图的两倍
const int maxn=2222;//点的最大数量

int node,src,dest,edge;//node节点数，src源点，dest汇点，edge边数
int head[maxn],p[maxn],dis[maxn],q[maxn],vis[maxn];//head链表头，p记录可行流上节点对应的反向边，dis计算距离

struct edgenode
{
int to;//边的指向
int flow;//边的容量
int cost;//边的费用
int next;//链表的下一条边
} edges[maxm];

void prepare(int _node,int _src,int _dest);
void addedge(int u,int v,int f,int c);
bool spfa();

inline int min(int a,int b)
{
return a<b?a:b;
}

inline void prepare(int _node,int _src,int _dest)
{
node=_node;
src=_src;
dest=_dest;
for (int i=0; i<node; i++)
{
head[i]=-1;
vis[i]=false;
}
edge=0;
}

void addedge(int u,int v,int f,int c)
{
edges[edge].flow=f;
edges[edge].cost=c;
edges[edge].to=v;
edges[edge].next=head[u];
head[u]=edge++;
edges[edge].flow=0;
edges[edge].cost=-c;
edges[edge].to=u;
edges[edge].next=head[v];
head[v]=edge++;
}

bool spfa()
{
int i,u,v,l,r=0,tmp;
for (i=0; i<node; i++) dis[i]=oo;
dis[q[r++]=src]=0;
p[src]=p[dest]=-1;
for (l=0; l!=r; ((++l>=maxn)?l=0:1))
{
for (i=head[u=q[l]],vis[u]=false; i!=-1; i=edges[i].next)
{
if (edges[i].flow&&dis[v=edges[i].to]>(tmp=dis[u]+edges[i].cost))
{
dis[v]=tmp;
p[v]=i^1;
if (vis[v]) continue;
vis[q[r++]=v]=true;
if (r>=maxn) r=0;
}
}
}
return p[dest]>=0;
}

int spfaflow()
{
int i,ret=0,delta;
while (spfa())
{
//按记录原路返回求流量

for (i=p[dest],delta=oo; i>=0; i=p[edges[i].to])
{
delta=min(delta,edges[i^1].flow);
}
for (int i=p[dest]; i>=0; i=p[edges[i].to])
{
edges[i].flow+=delta;
edges[i^1].flow-=delta;
}
ret+=delta*dis[dest];
}
return ret;
}

struct note
{
int x,y,w;
};
note a[maxn];
bool cmp(note aa,note bb)
{
if(aa.x==bb.x)
return aa.y<bb.y;
return aa.x<bb.x;
}
int main()
{
int n,k;
while(~scanf("%d%d",&n,&k))
{
for(int i=1;i<=n;i++)
{
scanf("%d%d",&a[i].x,&a[i].y);
a[i].w=a[i].y-a[i].x;
}
sort(a+1,a+n+1,cmp);
prepare(n*2+3,0,n*2+2);
addedge(src,1,k,0);
for(int i=1;i<=n;i++)
{
addedge(1,i+1,1,0);
addedge(i+n+1,dest,1,0);
addedge(i+1,i+n+1,1,-a[i].w);
}
for(int i=1;i<=n;++i)
for(int j=n;j>i;--j)
if(a[i].y<=a[j].x)
addedge(i+1+n,j+1,1,0);
else
break;
printf("%d\n",-spfaflow());
}
return 0;
}
方法二：