关于最小割问题的一点思考

时间 2019-11-06

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关于最小割问题的一点思考

再次明肯定义

流网络定义在有向图上。无向图拆成有向图。然而不拆也能够。ios

最小割是一个边集\((S,T)\),将点分红 \(S,T=V-S\) 两个集合c++

最小割的容量\(c(S,T) = \sum_{u \in S} \sum_{v \in T} c(u,v)\)网络

因此删去割集中全部边后，从s到t不连通。最大流后割集上的边(从s到t方向)满流。spa

（从t到s不必定。）code

最小割的惟一性

最大流后的残量网络中，满流的边不必定是割边，割边必定满流ci

最小割的容量是割边的容量和，等于最大流的流量string

最小割惟一意味着点集惟一it

惟一性断定：

当存在强连通份量(可能只是一个点) \(u\)，知足在残量网络上没有s到u和u到t的路径，那么u能够分配到\(S\)或\(T\)中，最小割不惟一。io

因此就是从s开始bfs，再从t倒着bfs(看反向边流量)模板

一个典型的栗子：
1 2 1
2 3 1
2 3 1
3 4 1

求scc的断定方法：

判断某条边是否能够在割集中，是否一定在割集中

求出scc后再断定

能够发现，求scc后，scc之间连的单向边是由于有一个方向满流(有向图的话，默认反向弧满流)

jcvb：

在残余网络上跑tarjan求出全部SCC，记id[u]为点u所在SCC的编号。显然有id[s]!=id[t]（不然s到t有通路，能继续增广）。

对于任意一条满流边(u,v)，(u,v)可以出如今某个最小割集中，当且仅当id[u]!=id[v]；

对于任意一条满流边(u,v)，(u,v)一定出如今最小割集中，当且仅当id[u] == id[s]且id[v] == id[t]。

证实：

①

<==将每一个SCC缩成一个点，获得的新图就只含有满流边了。那么新图的任一s-t割都对应原图的某个最小割，从中任取一个把id[u]和id[v]割开的割便可证实。

②
<==：假设将(u,v)的边权增大，那么残余网络中会出现s->u->v->t的通路，从而能继续增广，因而最大流流量（也就是最小割容量）会增大。这即说明(u,v)是最小割集中必须出现的边。

PS:无向图

反向弧容量为c，无需加两次

也能够加两次QwQ

两个模板

//zoj2587
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cstring>
using namespace std;
const int N = 1005, M = 20005, inf = 1e9;

int n, m, s, t;

struct edge {int v, ne, c, f;} e[M];
int cnt = 1, h[N];
inline void ins(int u, int v, int c) {
    e[++cnt] = (edge) {v, h[u], c, 0}; h[u] = cnt;
    e[++cnt] = (edge) {u, h[v], c, 0}; h[v] = cnt;
}
int cur[N], vis[N], d[N], head, tail, q[N];
bool bfs() {
    memset(vis, 0, sizeof(vis));
    head = tail = 1;
    q[tail++] = s; d[s] = 0; vis[s] = 1;
    while(head != tail) {
        int u = q[head++];
        for(int i=h[u]; i; i=e[i].ne) {
            int v = e[i].v;
            if(!vis[v] && e[i].c > e[i].f) {
                vis[v] = 1;
                d[v] = d[u] + 1;
                q[tail++] = v;
                if(v == t) return true;
            }
        }
    }
    return false;
}
int dfs(int u, int a) { //printf("dfs %d %d\n", u, a);
    if(u==t || a==0) return a;
    int flow = 0, f;
    for(int &i=cur[u]; i; i=e[i].ne) {
        int v = e[i].v;
        if(d[v] == d[u]+1 && (f = dfs(v, min(a, e[i].c-e[i].f))) > 0) {
            flow += f;
            e[i].f += f;
            e[i^1].f -= f;
            a -= f;
            if(a == 0) break;
        }
    }
    if(a) d[u] = -1;
    return flow;
}
int dinic() {
    int flow = 0;
    while(bfs()) {
        for(int i=1; i<=n; i++) cur[i] = h[i];
        flow += dfs(s, inf);
    }
    return flow;
}


int bfs2(int s) {
    int ans = 1;
    memset(vis, 0, sizeof(vis));
    head = tail = 1;
    q[tail++] = s; vis[s] = 1;
    while(head != tail) {
        int u = q[head++];
        for(int i=h[u]; i; i=e[i].ne) {
            int v = e[i].v;
            if(vis[v] || e[i].c==e[i].f) continue;
            vis[v] = 1;
            ans++;
            q[tail++] = v;
        }
    }
    return ans;
}

int bfs3(int s) {
    int ans = 1;
    memset(vis, 0, sizeof(vis));
    head = tail = 1;
    q[tail++] = s; vis[s] = 1;
    while(head != tail) {
        int u = q[head++];
        for(int i=h[u]; i; i=e[i].ne) {
            int v = e[i].v;
            if(vis[v] || e[i^1].c==e[i^1].f) continue;
            vis[v] = 1;
            ans++;
            q[tail++] = v;
        }
    }
    return ans;
}

int main() {
    freopen("in", "r", stdin);
    ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(); cout.tie();

    while(true) {
        cin >> n >> m >> s >> t;
        if(n == 0) break;
        cnt = 1;
        memset(h, 0, sizeof(h));
        for(int i=1; i<=m; i++) { 
            int u, v, c;
            cin >> u >> v >> c;
            ins(u, v, c);
        }
        dinic();
        int cnt1 = bfs2(s), cnt2 = bfs3(t);
        if(cnt1 + cnt2 < n) cout << "AMBIGUOUS" << endl;
        else cout << "UNIQUE" << endl;
    }
}

//[AHOI2009]最小割
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cstring>
using namespace std;
const int N = 4005, M = 6e4+5, inf = 1e9;

int n, m, s, t;
struct edge {int u, v, ne, c, f;} e[M<<1];
int cnt=1, h[N];
inline void ins(int u, int v, int c) {
    e[++cnt] = (edge) {u, v, h[u], c, 0}; h[u] = cnt;
    e[++cnt] = (edge) {v, u, h[v], 0, 0}; h[v] = cnt;
}
int cur[N], vis[N], d[N], head, tail, q[N];
bool bfs() {
    memset(vis, 0, sizeof(vis));
    head = tail = 1;
    q[tail++] = s; d[s] = 0; vis[s] = 1;
    while(head != tail) {
        int u = q[head++];
        for(int i=h[u]; i; i=e[i].ne) {
            int v = e[i].v;
            if(!vis[v] && e[i].c > e[i].f) {
                vis[v] = 1;
                d[v] = d[u]+1;
                q[tail++] = v;
                if(v == t) return true;
            }
        }
    }
    return false;
}
int dfs(int u, int a) {
    if(u==t || a==0) return a;
    int flow = 0, f;
    for(int &i=cur[u]; i; i=e[i].ne) {
        int v = e[i].v;
        if(d[v] == d[u]+1 && (f = dfs(v, min(a, e[i].c-e[i].f))) > 0) {
            flow += f;
            e[i].f += f;
            e[i^1].f -= f;
            a -= f;
            if(a == 0) break;
        }
    }
    if(a) d[u] = -1;
    return flow;
}
int dinic() {
    int flow = 0;
    while(bfs()) {
        for(int i=1; i<=n; i++) cur[i] = h[i];
        flow += dfs(s, inf);
    }
    return flow;
}

int dfn[N], low[N], dfc, scc, belong[N], st[N], top;
void dfs(int u) {
    dfn[u] = low[u] = ++dfc;
    st[++top] = u;
    for(int i=h[u]; i; i=e[i].ne) if(e[i].c > e[i].f) {
        int v = e[i].v;
        if(!dfn[v]) {
            dfs(v);
            low[u] = min(low[u], low[v]);
        } else if(!belong[v]) 
            low[u] = min(low[u], dfn[v]);
    }
    if(low[u] == dfn[u]) {
        scc++;
        while(true) {
            int x = st[top--];
            belong[x] = scc;
            if(x == u) break;
        }
    }
}

int main() {
    freopen("in", "r", stdin);
    ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(); cout.tie();
    cin >> n >> m >> s >> t;
    for(int i=1; i<=m; i++) {
        int u, v, c;
        cin >> u >> v >> c;
        ins(u, v, c);
    }
    dinic();
    for(int i=1; i<=n; i++) if(!dfn[i]) dfs(i);
    //for(int i=1; i<=n; i++) printf("dfn %d %d %d\n", i, dfn[i], belong[i]);

    int a = belong[s], b = belong[t];
    for(int i=1; i<=m; i++) {
        int u = e[i<<1].u, v = e[i<<1].v;
        if(e[i<<1].c == e[i<<1].f && belong[u] != belong[v]) cout << 1 << ' ';
        else cout << 0 << ' ';
        if(e[i<<1].c == e[i<<1].f && belong[u] == a && belong[v] == b) cout << 1 << '\n';
        else cout << 0 << '\n';
    }
}