洛谷P4017 最大食物鏈計數 題解


\(2020\)\(3\)\(17\) 日更博報告:

1 月的更新雖然完善了一些問題,但是講得比較快,有些同學看不大懂,故再次更新,還有什么不懂的請私信我。

由於阿里雲的各種問題,使得原本在博客園中排版精美的源碼在這里丑陋不堪。故更好的閱讀效果請點擊這里

\(2020\)\(9\)\(5\) 日更博報告:

士別三日,刮目相待。更新一些細節的描述,優化排版。希望這篇題解能夠幫助更多初學者,成為最好的題解。


文字講解

題目分析:

首先 ,要知道這道題是 \(Topo\) 拓撲排序。不妨先從拓撲排序定義下手,分析題目的性質。經分析得:

食物鏈中的生物 —— 節點

生物之間的關系 —— 有向邊

為了方便描述,我們將

不會捕食其他生物的 生產者 叫做 最佳生產者

不會被其他生物捕食的 消費者 叫做 最佳消費者

由於數據中不會出現環,所以 最大食物鏈 即 左端是 最佳生產者 ,右端是 最佳消費者 的路徑

只要最左端是 最佳生產者 的路徑(即最右端可以不是 最佳消費者 的最大食物鏈) 我們稱之為 類食物鏈

既然 食物鏈中的生物 可以看成 節點,那么 最佳生產者 的入度一定為 \(0\), 而 最佳消費者 的出度也為 \(0\)

思路引導

想要找到一條 最大食物鏈 ,那么這條路徑的 起點 入度要為0,終點 出度要為0。 故:

既要記錄入度,還要記錄出度!

現在的問題轉換成了,如何找到圖中所有 左端點入度為0 且 右端點出度為0 的路徑的數量

正解

我們拿起筆,在草稿紙上畫一個圖進行推算。接下來將使用 樣例 進行舉例。

(將 最佳生產者 塗上 藍色,最佳消費者 塗上 紅色)

發現: 答案為 到所有 紅色點 的路徑條數的 總和

(這里的 路徑條數總和 不是 連向它有幾條邊 ,而是以它結束的 最大食物鏈 數量的總和)

對於上圖,\(5\) 號點的對應路徑數量 取決於:以 到 \(5\) 號點的三個點( \(2\) 號、\(3\) 號、\(4\) 號) 結尾的 類食物鏈 條數的總和。

而 以 \(2\) 號、\(3\) 號、\(4\) 號 結尾的 類食物鏈 取決於:以 可以到達 \(2\) 號、\(3\)號、\(4\)號點 的點 結尾的 類食物鏈 條數的總和。

以此類推,顯然對於 以 任一點 結尾的 類食物鏈 的數量,都取決於 藍色點

各點數量對應關系在下圖用綠色邊標注

重點:

使用拓撲排序,由題意得知 \(Topo\) 排序第一輪被刪掉的點 一定是 藍色點(最佳生產者),而令 藍色點 的答案為 \(1\)

當第一輪刪點時,將藍色點可以到的點 的答案 都加上 藍色點的 答案(即加 \(1\))。

即:拓撲排序 需要刪除的點的答案 都累加到 它可以到達的點 上面去

這樣我們就將邊的累加 轉換到了 點之間的累加。

最后累加所有 紅色點(最佳消費者) 的答案,輸出即可。

以第 i 號點結束的 類食物鏈 數量 = 以 可到達 i 號點 的點 結尾的 類食物鏈 數量的和

以下是模擬操作過程:

加載時間較慢,請稍等

第一輪:刪除 \(1\) 號藍色點,\(1\) 號藍色點可以到的點(\(2\) 號點、\(3\) 號點)都加 \(1\)

31.png

第二輪:刪除 \(2\) 號點,\(2\) 號點可以到的點(\(3\) 號點、\(5\) 號紅色點)都加 \(1\)。此時 \(3\) 號點答案為 \(2\)\(5\) 號點答案為 \(1\)

4.png

第三輪:刪除 \(3\) 號點,\(3\) 號點可以到的點(\(4\) 號點、\(5\) 號紅色點)都加 \(2\)。此時 \(5\) 號點答案為 \(3\)\(4\) 號點答案為 \(2\)

5.png

第四輪:最后刪除 \(4\) 號點,\(4\) 號點可以到的點(\(5\) 號紅色點)加 \(2\),此時 \(5\) 號點答案為 \(5\)

6.png

可見全圖只有 \(5\) 號一個紅色點,那么答案就是 \(5\) 號點的答案—— \(5\)

16.png

那么代碼實現就很簡單了!

上代碼:

#include<bits/stdc++.h>
#include<cctype>
#pragma GCC optimize(2)
#define ll long long
#define rg register
#define New int
//上面這些花里胡哨的東西請忽略 
using namespace std;
inline New read()//快速讀入
{
    New X = 0,w = 0;
	char ch = 0;
	while(!isdigit(ch))
	{
		w |= ch == '-';
		ch=getchar();
	}
    while(isdigit(ch))
	{
		X = (X << 3) + (X << 1) + (ch ^ 48);
		ch = getchar();
	}
    return w ? -X : X;
}
char F[200] ;
inline void write(New x) //快速輸出
{
	if(x == 0)
	{
		putchar('0');
		return;
	}
	New tmp = x > 0 ? x : -x;
	int cnt = 0;
	if(x < 0)
		putchar( '-' );
	while(tmp > 0)
	{
		F[cnt++] = tmp % 10 + '0';
		tmp /= 10;
	}
	while(cnt > 0)
		putchar(F[--cnt]) ;
}
const int N = 5e3 + 2; //定義常量大小 
const int mod = 80112002; //定義最終答案mod的值 

int n, m; //n個點 m條邊 
int in[N], out[N]; //每個點的入度和出度 
vector<int>nei[N]; //存圖,即每個點相鄰的點 
queue<int>q; //拓撲排序模板所需隊列 
int ans; //答案 
int num[N]; //記錄到這個點的類食物連的數量,可參考圖 


signed main()
{
	n = read(), m = read();
	for(rg int i = 1; i <= m; ++i)
	{ //輸入邊 
		int x = read(), y = read();
		++in[y], ++out[x]; //右節點入度+1,左節點出度+1
		nei[x].push_back(y); //建立一條單向邊
	}
	for(rg int i = 1; i <= n; ++i) //初次尋找入度為0的點(最佳生產者)
		if(!in[i])
		{ //是最佳生產者
			num[i] = 1; //初始化
			q.push(i); //壓入隊列 
		}
	while(!q.empty())
	{ //只要還可以繼續Topo排序 
		int tot = q.front();//取出隊首 
		q.pop();//彈出
		int len = nei[tot].size(); 
		for(rg int i = 0;i < len; ++i)
		{ //枚舉這個點相鄰的所有點
			int next = nei[tot][i]; //取出目前枚舉到的點 
			--in[next];//將這個點的入度-1(因為目前要刪除第tot個點) 
			num[next] = (num[next] + num[tot]) % mod;//更新到下一個點的路徑數量 
			if(in[next] == 0)q.push(nei[tot][i]);//如果這個點的入度為0了,那么壓入隊列 
		}
	}
	for(rg int i = 1; i <= n; ++i) //尋找出度為0的點(最佳消費者) 
		if(!out[i]) //符合要求 
			ans = (ans + num[i]) % mod;//累加答案 
	write(ans);//輸出 
	return 0;//end 
}

這道題主要磨煉思維。


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