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網絡流之--混合圖的歐拉回路

基礎知識

    歐拉回路是圖G中的一個回路,經過每條邊有且僅一次,稱該回路為歐拉回路。具有歐拉回路的圖稱為歐拉圖,簡稱E圖。

    無向圖中存在歐拉回路的條件:每個點的度數均為偶數。

    有向圖中存在歐拉回路的條件:每個點的入度=出度。

    歐拉路徑比歐拉回路要求少一點:

    無向圖中存在歐拉路徑的條件:每個點的度數均為偶數或者有且僅有2個度數為奇數的點。

    有向圖中存在歐拉路徑的條件:除了2個點外,其餘的點入度=出度,且在這2個點中,一個點的入度比出度大1,另一個出度比入度大1。

     歐拉路徑的輸出:經典的套圈算法。

    下面來重點講講混合圖的歐拉回路問題。

    混合圖就是邊集中有有向邊和無向邊同時存在。這時候需要用網絡流模組化求解。

    模組化:

    把該圖的無向邊随便定向,計算每個點的入度和出度。如果有某個點出入度之差為奇數,那麼肯定不存在歐拉回路。 因為歐拉回路要求每點入度 = 出度,也就是總度數為偶數,存在奇數度點必不能有歐拉回路。

    好了,現在每個點入度和出度之差均為偶數。那麼将這個偶數除以2,得x。也就是說,對于每一個點,隻要将x條邊改變方向(入>出就是變入,出>入就是變出),就能保證出 = 入。如果每個點都是出 = 入,那麼很明顯,該圖就存在歐拉回路。

    現在的問題就變成了:我該改變哪些邊,可以讓每個點出 = 入?構造網絡流模型。

    首先,有向邊是不能改變方向的,要之無用,删。一開始不是把無向邊定向了嗎?定的是什麼向,就把網絡建構成什麼樣,邊長容量上限1。另建立s和t。對于入 > 出的點u,連接配接邊(u, t)、容量為x,對于出 > 入的點v,連接配接邊(s, v),容量為x(注意對不同的點x不同)。

    之後,察看從S發出的所有邊是否滿流。有就是能有歐拉回路,沒有就是沒有。歐拉回路是哪個?察看流值配置設定,将所有流量非 0(上限是1,流值不是0就是1)的邊反向,就能得到每點入度 = 出度的歐拉圖。 

    由于是滿流,是以每個入 > 出的點,都有x條邊進來,将這些進來的邊反向,OK,入 = 出了。對于出 > 入的點亦然。那麼,沒和s、t連接配接的點怎麼辦?和s連接配接的條件是出 > 入,和t連接配接的條件是入 > 出,那麼這個既沒和s也沒和t連接配接的點,自然早在開始就已經滿足入 = 出了。那麼在網絡流過程中,這些點屬于“中間點”。我們知道中間點流量不允許有累積的,這樣,進去多少就出來多少,反向之後,自然仍保持平衡。

    是以,就這樣,混合圖歐拉回路問題,解了。

例:HDU3472

題意:給出一些單詞,其中有些單詞反轉之後也是有意義的單詞,問是否能将所有單詞首尾相連,每個單詞用1次且僅用1次。

解:這題是混合路的歐拉路徑問題。

    1.首先判斷圖的連通性,若不連通,無解。

    2.然後任意定向無向邊,計算每個點i的入度和出度之差deg[i]。若deg[i]為奇數,無解。

    3.設立源點s和彙點t,若某點i入度<出度,連邊(s,i,-deg[i]/2),若入度>出度,連邊(i,t,deg[i]/2);對于任意定向的無向邊(i,j,1)。

    4.若有兩個度數為奇數的點,假設存在歐拉路徑,添加一條容量為1的邊,構成歐拉回路,不影響結果。若全為偶數,直接最大流。

    5.若從S發出的邊全部滿流,證明存在歐拉回路(路徑),否則不存在。

    ps:若要求輸出路徑,将網絡中有(無)流量的邊反向,加上原圖的有向邊,用套圈算法即可。

/*
混合圖的歐拉回路
    模組化:将有向邊删除,給無向邊任意定向,計算每個點的入度與出入之差,若為奇數,肯定無解;
    若為偶數,若圖中存在邊(i,j),那麼設容量為1;對于每個點i,若deg[i]<0,從s連邊道i,容量為-deg[i]/2,若>0,連邊(i,t,deg[i]/2)
    求最大流,如果所有從s出發的弧都滿載,則存在歐拉回路,否則不存在。
    把圖中所有有(無)流量的弧都反向,把原圖中的有向邊加上,就構成了一個歐拉回路。
*/
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
using namespace std;
const int INF = 0x7fffffff;
const int maxv = 30;
const int maxe = 5000;
int n;
struct Edge
{
    int v;
    int next;
    int flow;
};
Edge e[maxe];
int head[maxv],edgeNum;
int now[maxv],d[maxv],vh[maxv],pre[maxv],preh[maxv];
int deg[30];
bool used[30];
int p[30],rank[30];

void addEdge(int a,int b,int c)
{
    e[edgeNum].v = b;
    e[edgeNum].flow = c;
    e[edgeNum].next = head[a];
    head[a] = edgeNum++;
    e[edgeNum].v = a;
    e[edgeNum].flow = 0;
    e[edgeNum].next = head[b];
    head[b] = edgeNum++;
}

void Init()
{
    edgeNum = 0;
    memset(head,-1,sizeof(head));
    memset(d,0,sizeof(d));
}

int sap(int s,int t,int n)       //源點,彙點,結點總數
{
    int i,x,y;
    int f,ans = 0;
    for(i = 0; i < n; i++)
        now[i] = head[i];
    vh[0] = n;
    x = s;
    while(d[s] < n)
    {
        for(i = now[x]; i != -1; i = e[i].next)
            if(e[i].flow > 0 && d[y=e[i].v] + 1 == d[x])
                break;
            if(i != -1)
            {
                now[x] = preh[y] = i;
                pre[y] = x;
                if((x=y) == t)
                {
                    for(f = INF,i=t; i != s; i = pre[i])
                        if(e[preh[i]].flow < f)
                            f = e[preh[i]].flow;
                    ans += f;
                    do
                    {
                        e[preh[x]].flow -= f;
                        e[preh[x]^1].flow += f;
                        x = pre[x];
                    }while(x!=s);
                }
            }
            else
            {
                if(!--vh[d[x]])
                    break;
                d[x] = n;
                for(i=now[x]=head[x]; i != -1; i = e[i].next)
                {
                    if(e[i].flow > 0 && d[x] > d[e[i].v] + 1)
                    {
                        now[x] = i;
                        d[x] = d[e[i].v] + 1;
                    }
                }
                ++vh[d[x]];
                if(x != s)
                    x = pre[x];
            }
    }
    return ans;
}

void makeSet()
{
    for(int i = 0; i < 26; i++)
    {
        p[i] = i;
        rank[i] = 0;
    }
}

int findSet(int x)
{
    if(x != p[x])
        p[x] = findSet(p[x]);
    return p[x];
}

void Union(int x, int y)
{
    x = findSet(x);
    y = findSet(y);
    if(x == y)
        return;
    if(rank[x] > rank[y])
        p[y] = x;
    else
    {
        p[x] = y;
        if(rank[x] == rank[y])
            rank[y]++;
    }
}

int main()
{
    int i,j,k;
    int t,T;
    char wd[22];
    scanf("%d",&T);
    for(t = 1; t <= T; t++)
    {
        scanf("%d",&n);
        Init();
        makeSet();
        memset(deg,0,sizeof(deg));
        memset(used,0,sizeof(used));
        bool flag = true;
        for(i = 1; i <= n; i++)
        {
            scanf("%s %d",wd,&k);
            int len = strlen(wd);
            int a = wd[0]-'a';
            int b = wd[len-1]-'a';
            used[a] = true;
            used[b] = true;
            deg[a]--;
            deg[b]++;
            if(k == 1)
                addEdge(a,b,1);
            Union(a,b);
        }
        int start = 26;
        int end = 27;
        for(i = 0; i < 26 && flag; i++)                 //連通性
        {
            for(j = i+1; j < 26 && flag; j++)
            {
                if(used[i] && used[j] && findSet(i)!=findSet(j))
                    flag = false;
            }
        }
        int tmpt = 0;
        int v1=-1,v2=-1;
        for(i = 0; i < 26 && flag; i++)                 //度數為奇數的點為0個或者2個
        {
            if(deg[i]%2 == 1 || deg[i]%2 == -1)
            {
                tmpt++;
                if(deg[i] < 0)  //起點
                    v1 = i;
                if(deg[i] > 0)  //終點
                    v2 = i;
            }
        }
        if(tmpt==0 || (tmpt==2&&v1!=-1&&v2!=-1))
        {
            if(tmpt == 2)
                addEdge(v2,v1,1);
        }
        else
            flag = false;
        int sum = 0;
        for(i = 0; i < 26 && flag; i++)
        {
            if(deg[i] < 0)
            {
                addEdge(start,i,-deg[i]/2);
                sum += -deg[i]/2;
            }
            else
                addEdge(i,end,deg[i]/2);
        }
        if(!flag || sum != sap(start,end,end+1))
            printf("Case %d: Poor boy!\n",t);
        else
            printf("Case %d: Well done!\n",t);
    }
    return 0;
}