ACM算法 浅谈图论模型的建立与应用.ppt

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ACM算法 浅谈图论模型的建立与应用

中山一中 黄源河 浅谈图论模型的 建立与应用 xxx省xxx市第一中学 xxx 引言 图论是数学的一个有趣的分支。 图论的建模,就是要抓住问题的本质,把问题抽象为点、边、权的关系。 许多看似无从入手的问题,通过图论建模,往往能转化为我们熟悉的经典问题。 例题1 Place the Robots(ZOJ) 问题描述 有一个N*M(N,M=50)的棋盘,棋盘的每一格是三种类型之一:空地、草地、墙。机器人只能放在空地上。在同一行或同一列的两个机器人,若它们之间没有墙,则它们可以互相攻击。问给定的棋盘,最多可以放置多少个机器人,使它们不能互相攻击。 例题1 Place the Robots(ZOJ) 模型一 例题1 Place the Robots(ZOJ) 模型一 例题1 Place the Robots(ZOJ) 模型二 例题1 Place the Robots(ZOJ) 模型二 例题1 Place the Robots(ZOJ) 模型二 例题1 Place the Robots(ZOJ) 小结 例题2 出纳员的雇佣(ACM Tehran 2000) 问题描述 有一家24小时营业的超市,需要雇佣一批出纳员。一天中每个小时需要出纳员的最少数量为R0,R1,R2,...,R23。有N个人申请这项工作,每个申请者,从一个特定时刻开始连续工作恰好8个小时,设Wi(i=0...23)表示从时刻i开始工作的申请者的人数(∑Wi=N=1000)。 你的任务是计算出需要雇佣出纳员的最少数目,满足在每一时刻i,至少有Ri名出纳员在工作。 例题2 出纳员的雇佣(ACM Tehran 2000) 分析 例题2 出纳员的雇佣(ACM Tehran 2000) 分析 例题2 出纳员的雇佣(ACM Tehran 2000) 分析 例题2 出纳员的雇佣(ACM Tehran 2000) 小结 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 问题描述 有N(N≤100000)张卡片,每张卡片有三种能力,每种能力的能力值分别为Ai,Bi,Ci。每张卡片可以使用其中一种能力,且每张卡片只能使用一次。现在需要A张卡片使用第一种能力,B张卡片使用第二种能力,C张卡片使用第三种能力(A+B+C≤100)。请计算使用哪些卡片,以及使用卡片的哪项能力,可以使相应的能力值之和最大。 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 分析 最优化问题的解法有很多种,比如动态规划,网络流等,而本题就是一个比较明显的网络流模型。 网络流模型中,权的类型众多,有流量,容量,还可以有费用。在本题中,容量可以作为选取的约束,确保解的合法性;费用则表示选取的价值,确保解的最优性。因此,更确切地说,本题是一个最大费用最大流模型。 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 构图 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 构图 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 构图 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 构图 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 构图 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 优化 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 优化 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 优化 例题3 贪婪之岛(ZOJ) 小结 结语 * * * * Wall Grass Empty 5 4 6 7 8 3 2 1 1 2 3 4 6 5 7 8 于是,问题转化为求图的最大独立集问题。 在问题的原型中,草地,墙这些信息不是我们所关心的,我们关心的只是空地和空地之间的联系。因此,我们很自然想到了下面这种简单的模型: 以空地为顶点,有冲突的空地间连边,我们可以得到右边的这个图: 5 4 6 7 8 3 2 1 1 2 3 4 6 5 7 8 在问题的原型中,草地,墙这些信息不是我们所关心的,我们关心的只是空地和空地之间的联系。因此,我们很自然想到了下面这种简单的模型: 以空地为顶点,有冲突的空地间连边,我们可以得到右边的这个图: 这是NP问题! 我们将每一行,每一列被墙隔开,且包含空地的连续区域称作“块”。显然,在一个块之中,最多只能放一个机器人。我们把这些块编上号。 同样,把竖直方向的块也编上号。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 2 3 4 5 1 2 3 4 把每个横向块看作X部的点,竖向块看作Y部的点,若两个块有公共的空地,则在它们之间连边。 于是,问题转化成这样的一个二部图: 1 1 2 2 3 3 4 4 5 由于每条边表示一个空地,有冲突的空地之间必有公共顶点,所以问题转化为二部图的最大匹配问题。 1 2 3 4 1 2 3 5 4 1 1 2 2 3 3 4 4 5 比较前面的两个模型:模型一过于简单,没有给问题的求解带来任何便利;模型二则充分抓住了问题的内在联系,巧妙地建立了二

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