二分图匹配相关
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ACM模版
二分图匹配
匈牙利算法
邻接矩阵+DFS
/* * 初始化:g[][]两边顶点的划分情况 * 建立g[i][j]表示i->j的有向边就可以了,是左边向右边的匹配 * g没有边相连则初始化为0 * uN是匹配左边的顶点数,vN是匹配右边的顶点数 * 调用:res=hungary();输出最大匹配数 * 优点:适用于稠密图,DFS找增广路,实现简洁易于理解 * 时间复杂度:O(VE) *///顶点编号从0开始的const int MAXN = 510;int uN, vN; // u,v的数目,使用前面必须赋值int g[MAXN][MAXN]; // 邻接矩阵int linker[MAXN];bool used[MAXN];bool dfs(int u){ for (int v = 0; v < vN; v++) { if (g[u][v] && !used[v]) { used[v] = true; if (linker[v] == -1 || dfs(linker[v])) { linker[v] = u; return true; } } } return false;}int hungary(){ int res = 0; memset(linker,-1,sizeof(linker)); for (int u = 0; u < uN; u++) { memset(used, false, sizeof(used)); if (dfs(u)) { res++; } } return res;}
邻接表+DFS
/* * 使用前用init()进行初始化,给uN赋值 * 加边使用函数addedge(u,v) */const int MAXN = 5010; // 点数的最大值const int MAXM = 50010; // 边数的最大值struct Edge{ int to, next;} edge[MAXM];int head[MAXN], tot;void init(){ tot = 0; memset(head, -1, sizeof(head)); return ;}void addedge(int u, int v){ edge[tot].to = v; edge[tot].next = head[u]; head[u] = tot++; return ;}int linker[MAXN];bool used[MAXN];int uN;bool dfs(int u){ for (int i = head[u]; i != -1; i = edge[i].next) { int v = edge[i].to; if (!used[v]) { used[v] = true; if (linker[v] == -1 || dfs(linker[v])) { linker[v] = u; return true; } } } return false;}int hungary(){ int res = 0; memset(linker, -1, sizeof(linker)); for (int u = 0; u < uN; u++) // 点的编号0~uN-1 { memset(used, false, sizeof(used)); if (dfs(u)) { res++; } } return res;}
邻接矩阵+BFS
/* * INIT: g[][]邻接矩阵; * CALL: res = MaxMatch();Nx, Ny初始化!!! * 优点:适用于稀疏二分图,边较少,增广路较短。 * 匈牙利算法的理论复杂度是O(VE) */const int MAXN = 1000;int g[MAXN][MAXN], Mx[MAXN], My[MAXN], Nx, Ny;int chk[MAXN], Q[MAXN], prev[MAXN];int MaxMatch(){ int res = 0; int qs, qe; memset(Mx, -1, sizeof(Mx)); memset(My, -1, sizeof(My)); memset(chk, -1, sizeof(chk)); for (int i = 0; i < Nx; i++) { if (Mx[i] == -1) { qs = qe = 0; Q[qe++] = i; prev[i] = -1; bool flag = 0; while (qs < qe && !flag) { int u = Q[qs]; for (int v = 0; v < Ny && !flag; v++) { if (g[u][v] && chk[v] != i) { chk[v] = i; Q[qe++] = My[v]; if (My[v] >= 0) { prev[My[v]] = u; } else { flag = 1; int d = u, e = v; while (d != -1) { int t = Mx[d]; Mx[d] = e; My[e] = d; d = prev[d]; e = t; } } } } qs++; } if (Mx[i] != -1) { res++; } } } return res;}
Hopcroft-Carp算法
邻接矩阵+DFS
/* * INIT: g[][]邻接矩阵; * CALL: res = MaxMatch(); Nx, Ny要初始化!!! * 时间复杂度: O(V^0.5 * E) */const int MAXN = 3001;const int INF = 1 << 28;int g[MAXN][MAXN], Mx[MAXN], My[MAXN], Nx, Ny;int dx[MAXN], dy[MAXN], dis;bool vst[MAXN];bool searchP(){ queue<int> Q; dis = INF; memset(dx, -1, sizeof(dx)); memset(dy, -1, sizeof(dy)); for (int i = 0; i < Nx; i++) { if (Mx[i] == -1) { Q.push(i); dx[i] = 0; } } while (!Q.empty()) { int u = Q.front(); Q.pop(); if (dx[u] > dis) { break; } for (int v = 0; v < Ny; v++) { if (g[u][v] && dy[v] == -1) { dy[v] = dx[u]+1; if (My[v] == -1) { dis = dy[v]; } else { dx[My[v]] = dy[v] + 1; Q.push(My[v]); } } } } return dis != INF;}bool DFS(int u){ for (int v = 0; v < Ny; v++) { if (!vst[v] && g[u][v] && dy[v] == dx[u] + 1) { vst[v] = 1; if (My[v] != -1 && dy[v] == dis) { continue; } if (My[v] == -1 || DFS(My[v])) { My[v] = u; Mx[u] = v; return 1; } } } return 0;}int MaxMatch(){ int res = 0; memset(Mx, -1, sizeof(Mx)); memset(My, -1, sizeof(My)); while (searchP()) { memset(vst, 0, sizeof(vst)); for (int i = 0; i < Nx; i++) { if (Mx[i] == -1 && DFS(i)) { res++; } } } return res;}
邻接表+DFS
/* * 复杂度O(sqrt(n)*E) * 邻接表存图,vector实现 * vector先初始化,然后假如边 * uN为左端的顶点数,使用前赋值(点编号0开始) */const int MAXN = 3000;const int INF = 0x3f3f3f3f;vector<int>G[MAXN];int uN;int Mx[MAXN], My[MAXN];int dx[MAXN], dy[MAXN];int dis;bool used[MAXN];bool SearchP(){ queue<int>Q; dis = INF; memset(dx, -1, sizeof(dx)); memset(dy, -1, sizeof(dy)); for (int i = 0 ; i < uN; i++) { if(Mx[i] == -1) { Q.push(i); dx[i] = 0; } } while (!Q.empty()) { int u = Q.front(); Q.pop(); if (dx[u] > dis) { break; } int sz = (int)G[u].size(); for (int i = 0; i < sz; i++) { int v = G[u][i]; if (dy[v] == -1) { dy[v] = dx[u] + 1; if (My[v] == -1) { dis = dy[v]; } else { dx[My[v]] = dy[v] + 1; Q.push(My[v]); } } } } return dis != INF;}bool DFS(int u){ int sz = (int)G[u].size(); for (int i = 0; i < sz; i++) { int v = G[u][i]; if (!used[v] && dy[v] == dx[u] + 1) { used[v] = true; if (My[v] != -1 && dy[v] == dis) { continue; } if (My[v] == -1 || DFS(My[v])) { My[v] = u; Mx[u] = v; return true; } } } return false;}int MaxMatch(){ int res = 0; memset(Mx, -1, sizeof(Mx)); memset(My, -1, sizeof(My)); while (SearchP()) { memset(used, false, sizeof(used)); for (int i = 0; i < uN; i++) { if(Mx[i] == -1 && DFS(i)) { res++; } } } return res;}
二分图最佳匹配
Kuhn Munkras算法
/* * 邻接距阵形式,复杂度O(m*m*n) 返回最佳匹配值,传入二分图大小m,n * 邻接距阵mat,表示权,match1,match2返回一个最佳匹配,未匹配顶点 * match值为-1,一定注意m<=n,否则循环无法终止,最小权匹配可将权值 * 取相反数 * 初始化:for (i = 0; i < MAXN; ++i) * for (j = 0; j < MAXN ; ++j) * mat[i][j] = -inf; * 对于存在的边:mat[i][j] = val ; // 注意,不能有负值 */#define MAXN 310#define inf 1000000000#define _clr(x) memset(x, -1, sizeof(int) * MAXN)int kuhn_munkras(int m, int n, int mat[][MAXN], int *match_1, int *match_2){ int s[MAXN], t[MAXN], l_1[MAXN], l_2[MAXN]; int p, q, ret = 0; int i, j, k; for (i = 0; i < m; i++) { for (l_1[i] = -inf, j = 0; j < n; j++) { l_1[i] = mat[i][j] > l_1[i] ? mat[i][j] : l_1[i]; } if (l_1[i] == -inf) { return -1; // 无结果 } } for (i = 0; i < n; l_2[i++] = 0); for (_clr(match_1), _clr(match_2), i = 0; i < m; i++) { for (_clr(t), s[p = q = 0] = i; p <= q && match_1[i] < 0; p++) { for (k = s[p], j = 0; j < n && match_1[i] < 0; p++) { if (l_1[k] + l_2[j] == mat[k][j] && t[j] < 0) { s[++q] = match_2[j], t[j] = k; if (s[q] < 0) { for (p = j; p >= 0; j = p) { match_2[j] = k = t[j]; p = match_1[k]; match_1[k] = j; } } } } } if (match_1[i] < 0) { for (i--, p = inf, k = 0; k <= q; k++) { for (j = 0; j < n; j++) { if (t[j] < 0 && l_1[s[k]] + l_2[j] - mat[s[k]][j] < p) { p = l_1[s[k]] + l_2[j] - mat[s[k]][j]; } } } for (j = 0; j < n; l_2[j] += t[j] < 0 ? 0 : p, j++); for (k = 0; k <= q; l_1[s[k++]] -= p); } } for (i = 0; i < m; i++) { // if处理无匹配的情况!! if (match_1[i] < 0) // ??? { return -1; } if (mat[i][match_1[i]] <= -inf) // ??? { return -1; } ret += mat[i][match_1[i]]; } return ret;}
二分图多重匹配
const int MAXN = 1010;const int MAXM = 510;int uN, vN;int g[MAXN][MAXM];int linker[MAXM][MAXN];bool used[MAXM];int num[MAXM]; // 右边最大的匹配数bool dfs(int u){ for (int v = 0; v < vN; v++) { if (g[u][v] && !used[v]) { used[v] = true; if (linker[v][0] < num[v]) { linker[v][++linker[v][0]] = u; return true; } for (int i = 1; i <= num[0]; i++) { if (dfs(linker[v][i])) { linker[v][i] = u; return true; } } } } return false;}int hungary(){ int res = 0; for (int i = 0; i < vN; i++) { linker[i][0] = 0; } for (int u = 0; u < uN; u++) { memset(used, false, sizeof(used)); if (dfs(u)) { res++; } } return res;}
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