[期货配资查询]特品汇差分约束基本讲解

如果一个系统由 n 个变量和 m 个约束条件组成,每个约束条件形如 \(x_j-x_i<=b_k\),其中 \(i,j\in[1,n],k\in[1,m]\),则称其为差分约束系统(System of Difference Constraints)。亦即,差分约束系统是求解关于特殊的 \(N\) 元一次不等式组的方法。

我们先来看一个简单的数学问题,如下给定 4 个变量和 5 个不等式约束条件,求 \(x_3-x_0\) 的最大值。

\[\begin{align} x_1-x_0<=2 \tag{1} \\ x_2-x_0<=7 \tag{2} \\ x_3-x_0<=8 \tag{3} \\ x_2-x_1<=3 \tag{4} \\ x_3-x_2<=2 \tag{5} \end{align} \]

我们可以通过不等式的两两加得到三个结果,

\[\begin{align} x_3-x_0<=8 \tag{式3} \\ x_3-x_0<=9 \tag{式2+式5} \\ x_3-x_0<=7 \tag{式1+式4+式5} \end{align} \]

由以上结果很容易得知,\(x_3-x_0\) 的最大值是 7,也就是上面三式里的最小值。

这个例子很简单,只有 4 个变量和 5 个不等式约束条件,那如果有上百变量上千约束条件呢?仅凭肉眼手工计算效率太差,因此我们需要一个较为系统的解决办法。

我们先来看一幅图,如下,给定四个小岛以及小岛之间的有向距离,问从 0 号岛到 3 号岛的最短距离。箭头指向的线代表两个小岛之间的有向边,蓝色数字代表距离权值。

这个问题就是经典的最短路问题。由于这个图比较简单,〔 环球汽配资源〕,我们可以枚举所有的路线,发现总共三条路线,如下:

0 -> 3,长度为 8

0 -> 2 -> 3,长度为 7 + 2 = 9

0 -> 1 -> 2 -> 3,长度为 2 + 3 + 2 = 7

最短路为三条线路中的长度的最小值,即 7,所以最短路的长度就是 7。细心的读者会发现,这幅图和最上方的五个不等式约束条件是有所关联的,但这个关联并不是巧合,而正是我们接下来要讲的那个 "系统的解决办法"。

差分约束与最短路

差分约束系统中的每个约束条件 \(x_i-x_j<=c_k\) 都可以变形成 \(x_i<=x_j+c_k\),这与单源最短路中的三角形不等式 \(dist[y]<=dist[x]+z\) 非常相似。

因此,我们可以把每个变量 \(x_i\) 看做图中的一个结点,对于每个约束条件 \(x_i-x_j<=c_k\),看成是从结点 \(j\) 向结点 \(i\) 的一条权值为 \(c_k\) 的有向边,于是我们就可以把一个差分约束系统转化成图的最短路问题。

然而在实际问题中情况往往会复杂得多,例如,把条件约束里的所有等号去掉,

\[\begin{align} x_1-x_0<2 \notag{} \\ x_2-x_0<7 \notag{} \\ x_3-x_0<8 \tag{去掉等号后} \\ x_2-x_1<3 \notag{} \\ x_3-x_2<2 \notag{} \end{align} \]

这个时候我们就需要将上面的小于号转换成小于等于号。

\(x_i\) 被限定只能是整数时,这个转换就会非常简单,

\[(x_i-x_j<c_k) ↔ (x_i-x_j<=c_k-1) \notag{} \]

总结

差分约束问题下,

如果要求最大值,则想办法把每个不等式变为标准 \(x_i-x_j<=c_k\) 的形式,然后建立一条从 \(j\)\(i\) 权值为 \(c_k\) 的边,最后求最短路径即可。

如果要求最小值,则想办法把每个不等式变为标准 \(x_i-x_j>=c_k\) 的形式,然后建立一条从 \(j\)\(i\) 权值为 \(c_k\) 的边,最后求最长路径即可。

基本题

CodeVS 4416 - FFF 团卧底的后宫

给出 n 个形如 $x_i - x_j <= d $ 或 $x_i - x_j >= d $ 的不等式,求一组使 与 差最大的解,输出最大差值,若无解输出 -1,若 与 的差为无限大则输出 -2。

#include <cstdio> #include <climits> #include <algorithm> #include <queue> const int MAXN = 1000; const int MAXM = 10000; struct Edge; struct Node; struct Node { Edge *edges; bool inQueue; int dist; int count; } nodes[MAXN]; struct Edge { Node *from, *to; int w; Edge *next; Edge(Node *from, Node *to, int w) : from(from), to(to), w(w), next(from->edges) {} }; int n, m, k; inline void addEdge(int from, int to, int w) { nodes[from].edges = new Edge(&nodes[from], &nodes[to], w); } inline bool bellmanFord() { std::queue<Node *> q; q.push(&nodes[0]); while (!q.empty()) { Node *node = q.front(); q.pop(); node->inQueue = false; for (Edge *edge = node->edges; edge; edge = edge->next) { if (edge->to->dist > node->dist + edge->w) { edge->to->dist = node->dist + edge->w; if (!edge->to->inQueue) { edge->to->inQueue = true; edge->to->count++; q.push(edge->to); if (edge->to->count > n) { return false; } } } } } return true; } int main() { scanf("%d %d %d", &n, &m, &k); for (int i = 0; i < n; i++) { nodes[i].dist = INT_MAX; } nodes[0].dist = 0; for (int i = 0; i < m; i++) { int a, b, d; scanf("%d %d %d", &a, &b, &d); a--, b--; addEdge(a, b, d); // $b - $a <= d // $a + d >= $b } for (int i = 0; i < k; i++) { int a, b, d; scanf("%d %d %d", &a, &b, &d); a--, b--; addEdge(b, a, -d); // b - a >= d // a - b <= -d // b + -d >= a } if (!bellmanFord()) { puts("-1"); } else { if (nodes[n - 1].dist == INT_MAX) { puts("-2"); } else { printf("%d\n", nodes[n - 1].dist); } } return 0; } 参考