差分约束

难懂但是比较全的博文

这是啥子?

简单来说,差分约束就是把不等式转变成图的一种思想。因为题目可能会给你很多不等式,使用数学方法很有可能无解,而且难以找到这些不等式之间的联系。但是当我们把它们转化成图之后,就可以使用图论的思想来解题。

通常,差分约束是用来解决求一组形如 $a-b\leq{c}$ 的不等式的可能最大/最小解。

对于每一个 $i-j\le z$,建立一条从 $j$ 到 $i$ 权值为 $z$ 的有向边,将求解 $a-b\le{c}$ 的最大/最小值转化为求从 $b$ 到 $a$ 的最短/最长路径长度。

三角不等式

若有一个不等式组:

$$ \begin{cases}\begin{aligned}\begin{array}{rcl} &C-B\le{a}\newline&C-A\le{b}\newline&B-A\le{c} \end{array}\end{aligned}\end{cases} $$

则根据上述条件,可以建图如下:

adf

由不等式相加组合,可得到 $max(C-A)=min(b,a+c)$,这也正好对应图中 $A$ 到 $C$ 的最短路。

对于最大值: $$ \begin{aligned} \begin{cases}\begin{array}{rcl} &C-B\ge{a}\newline&C-A\ge{b}\newline&B-A\ge{c} \end{array} \end{cases} \end{aligned} $$ 由不等式相加组合,可得到 $min(C-A)=max(b,a+c)$,这也正好对应图中 $A$ 到 $C$ 的最长路。

因此,对三角不等式加以推广,变量 $n$ 个,不等式 $m$ 个,要求 $C-A$ 的最大/最小值,便就是求取建图后 $A-C$ 的最短/最长路。

另:

  1. 若出现 $C-A=b$ 的情况,可以拆分为 $C-A\ge{b}$ 和 $C-A\le{b}=A-C\ge{-b}$ 或 $C-A\ge{b}=A-C\le{-b}$ 和 $C-A\le{b}$ 两条边。
  2. 若出现 $C-A>b$的情况,因为题目中大多是整形数据,因此变为 $C-A\ge{b+1}$ 即可。
  3. 值得注意的一点是:若建立的图不联通,则需要加入一个超级源点 $S$,在 $S$ 和其他的每个点之间建立一条权值为 $0$ 的无向边,然后从 $S$ 点开始求解即可。

无名算法

流程:

  1. 构建基于不等式的关系图。
  2. 最短路(注意,最长路可以通过spfa求出来,只需要改下松弛的方向即可,即if(dis[v] < dis[u] + val(u,v)) dis[v] = dis[u] + val(u,v)。当然我们可以把图中所有的边权取负,求取最短路,两者是等价的。)
  3. 建图后不一定存在最短路/最长路,因为可能存在负环/正环,判断差分约束系统是否存在解一般判环即可。

一些注意事项:

  1. 根据条件把题意通过变量组表达出来得到不等式组,注意要发掘出隐含的不等式,比如说前后两个变量之间隐含的不等式关系。
  2. 建好图之后直接spfa求解,一般不能用dijstra算法,因为通常存在负边。
  3. 注意初始化的问题。

洛谷P5960


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