最小环:从一个点出发,经过一条简单路径回到起点成为环.图的最小环就是所有环中长度最小的.
怎样求最小环呢?
1传统的解决方法(dijkstra):
任意一个最小环环的权值,我们都可以看成两个有边相连的结点i、j的直接距离加上i、j间不包含边(边i->j)的最短路径。求最短路径我们第一个想到的就Dijkstra算法。而Dijkstra所求的是一个点到所有点的最短距离。用Dijkstra所求的i、j的最短距离一定是i、j的直接距离(如果i,j连通),所以我们需要先将i、j的边从图中删除(若i,j不连通,则不用删除),再用Dijkstra求新图中i、j的最短距离即可。所以我们每次在图中选取一条边,把它从图中删掉.然后对删掉的那条边所对应的2点进行Dijkstra,也就是m次Dijkstra。
2.floyd求最小环:
抛开Dijkstra算法,进而我们想到用Floyd算法。我们知道,Floyd算法在进行时会不断更新矩阵dist(k)。设dist[k,i,j]表示从结点i到结点j且满足所有中间结点,它们均属于集合{1,2,⋯ ,k}的一条最短路径的权。其中dist[0,i,j ]即为初始状态i到j的直接距离。对于一个给定的赋权有向图, 求出其中权值和最小的一个环。我们可以将任意一个环化成如下形式:u->k->v ->(x1-> x2-> ⋯ xm1)-> u(u与k、k与v都是直接相连的),其中v ->(x1-> 2-> ⋯ m)-> u是指v到u不经过k的一种路径。
在u,k,v确定的情况下,要使环权值最小, 则要求 (x1一>x2->⋯一>xm)->u路径权值最小.即要求其为v到u不经过k的最短路径,则这个经过u,k,v的环的最短路径就是:[v到u不包含k的最短距离]+dist[O,u,k]+dist[O,k,v]。我们用Floyd只能求出任意2点间满足中间结点均属于集合{1,2,⋯ ,k}的最短路径,可是我们如何求出v到u不包含k的最短距离呢?
现在我们给k加一个限制条件:k为当前环中的序号最大的节点(简称最大点)。因为k是最大点,所以当前环中没有任何一个点≥k,即所有点都<k。因为v->(x1->x2->......xm)->u属于当前环,所以x1,x2,⋯ ,xm<k,即x1,x2.⋯。xm≤k一1。这样,v到u的最短距离就可以表示成dist[k一1 ,u,v]。dist[k一1,v,u]表示的是从v到u且满足所有中间结点均属于集合{1,2,⋯ ,k一1}的一条最短路径的权。接下来,我们就可以求出v到u不包含k的最短距离了。这里只是要求不包含k,而上述方法用的是dist[k一1,v,u],求出的路径永远不会包含k+l,k+2,⋯ 。万一所求的最小环中包含k+1,k+2,⋯ 怎么办呢?的确,如果最小环中包含比k大的节点,在当前u,k,v所求出的环显然不是那个最小环。然而我们知道,这个最小环中必定有一个最大点kO,也就是说,虽然当前k没有求出我们所需要的最小环,但是当我们从k做到kO的时候,这个环上的所有点都小于kO了.也就是说在k=kO时一定能求出这个最小环。我们用一个实例来说明:假设最小环为1—3—4—5—6—2—1。的确,在u=l,v=4,k=3时,k<6,dist[3,4,1]的确求出的不是4—5—6—2—1这个环,但是,当u=4,v=6,k=5或u=5,v=2,k=6时,dist[k,v,u]表示的都是这条最短路径.所以我们在Floyd以后,只要枚举u.v,k三个变量即可求出最小环。时间复杂度为O(n3)。我们可以发现,Floyd和最后枚举u,v,k三个变量求最小环的过程都是u,v,k三个变量,所以我们可以将其合并。这样,我们在k变量变化的同时,也就是进行Floyd算法的同时,寻找最大点为k的最小环。
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#define _Clr(x, y) memset(x, y, sizeof(x))
#define INF 0xfffffff
#define N 110
using namespace std; int mat[N][N], dist[N][N];
int next[N][N]; // next[i][j]表示i到j经历的第一个点。
int path[N];
int cnt, n; void Floyd()
{
int mins=INF;
for(int k=; k<=n; k++)
{
for(int i=; i<k; i++)
for(int j=i+; j<k; j++)
{
int tmp = dist[i][j]+mat[i][k]+mat[k][j];
if(tmp < mins)// 更新最小环的权值
{
mins = tmp;
cnt=;
int p = i;
while(p!=j) // 记录最小环的路径
{
path[cnt++] = p;
p = next[p][j];
}
path[cnt++] = j;
path[cnt++] = k;
}
}
for(int i=; i<=n; i++)
for(int j=; j<=n; j++)
{
if(dist[i][k]+dist[k][j] < dist[i][j])
{
dist[i][j] = dist[i][k] + dist[k][j];
next[i][j] = next[i][k];
}
}
}
if(mins==INF)
puts("No solution.");
else
{
for(int i=; i<cnt; i++)
printf("%d%s", path[i], i==cnt- ? "\n":" ");
}
} void Init()
{
for(int i=; i<=n; i++)
for(int j=; j<=n; j++)
{
mat[i][j] = dist[i][j] = INF;
next[i][j] = j;
}
}
int main()
{
int m, a, b, c;
while(~scanf("%d%d", &n, &m))
{
Init();
while(m--)
{
scanf("%d%d%d", &a, &b, &c);
if(c < mat[a][b])
{
mat[a][b] = mat[b][a] = c;
dist[a][b] = dist[b][a] = c;
}
}
Floyd();
}
return ;
}