最大流問題(Maximum flow problem)中有一類很重要的問題被稱為最大二分匹配問題(Maximum-bipartite-matching problem)。很多現實中的例子可以被建模成該問題,如經典的任務分配問題(Task assignment problem)等等。這裡介紹一種常用解法-匈牙利算法(Hungarian method )。
這類問題在各種競賽題中也出現得比較多,有些形式直接,有些則比較隱含。這類問題多半可以抽象為這樣一個問題:給定一個n x m棋盤,其中指定點放一些子,然後問最少放多少個車(只能橫豎走),可以將所有預放的子吃掉,或者問如果指定點是間隔,最多可以放多少個車而相互不會吃掉。比較直接能被建模成最大二分匹配問題的如pku 3041 Asteroids(http://poj.org/problem?id=3041)。
#include <iostream> using namespace std; #define N 128 // if we can add a edge from node a into the solution bool dfs(int a, int grid[N][N], int *res, bool *visit, int n, int m) { int j; for (j = 0; j < m; ++j) { // for each column. i.e. each node on the right side of the bipartite graph if (grid[a][j] && !visit[j]) { // there is an edge between node a and j, and it hasn't been visited visit[j] = 1; if (res[j] == 0 || dfs(res[j], grid, res, visit, n, m)) { // node j has no maching node yet, or there is an augmenting path from res[j] res[j] = a; return true; } } } return false; } int main() { int n, m; char c; int i; int count = 0; int grid[N][N]; // grid[i][j] is 1 representing there is an edge between node i and j in the bipartile graph bool visit[N]; // visit[i] is 1 if node i has been visited int res[N]; // res[i] represents the maching mode of node i memset(visit, 0, sizeof(bool) * N); memset(grid, 0, sizeof(int) * N * N); memset(res, 0, sizeof(int) * N); // construct the grid cin >> n >> m; for ( i = 0; i < n; ++i) { for (int j = 0; j < m; ++j) { cin >> c; grid[i][j] = (c == 'X') ? 1 : 0; } } cout << "input over" << endl; // main body for (i = 0; i < n; ++i) { // for each row, i.e. each node on the left side of the bipartite graph memset(visit, 0, sizeof(bool) * N); // clear the visit infomation if (dfs(i, grid, res, visit, n, m)) count++; } cout << "count = " << count << endl; return 0; }
上面的例子中,矩陣或棋盤的行列模型可以直接轉為二分圖模型(行,列分別對應二分圖兩連)。而上面的另一類問題中(即最多可以放多少個車),就得需要在構造二分圖時作一些處理,而算法的主體是一樣的。這種問題的例子如RookAttack 2003 TCO Semifinal Round 4 - Division I, Level Three(http://community.topcoder.com/stat?c=problem_statement&pm=1931&rd=4709)和ZOJ 1002 Fire Net(http://acm.zju.edu.cn/onlinejudge/showProblem.do?problemCode=1002)。因為這裡二分圖中的結點對應的其實不是放置障礙物的點,而是沒有放置障礙物的地方,所以如果一行有n個障礙物,就在二分圖的左邊加n+1個結點,每個結點表示在兩個障礙之間的那一段。相似地,一列有m個障礙物,就在二分圖的右邊加m+1個結點。便於理解,可以將這些分裂後的行,列後看矩陣變形後的行,列號。