【洛谷题解/AcWing题解/OI学习笔记】洛谷P2868【USACO07DEC】Sightseeing Cows G(01分数规划求最大比率)

题目链接

洛谷链接: https://www.luogu.com.cn/problem/P2868

AcWing链接: https://www.acwing.com/problem/content/363/

涉及知识

SPFA 求负环(正环)

概念解析

01分数规划是一类求最优比率的优化问题,目的在于求出某一比值的最大值或者最小值。对于给定的每一个点和每一条边,要么选,要么不选。

此类问题通常有以下几种变种:

‌1、基础01分数规划‌ :从n个物品中选k个

‌2、最优比率生成树‌: 图上选n-1条边构成生成树 ,使花费/收益比最优。

3‌、最优比率环‌: 图上找一个环 ,使环上收益和/代价和比最优。

‌4、匹配类‌: 如新生舞会问题,二分图匹配中求最大平均值。

求解此类题目的核心做法,核心在于将分式转化为整式,达到线性求解的目的。然后运用二分法,对于每一个 m i d mid mid 值跑一遍 SPFA 算法,检查其是否满足条件,找到最值。

思路分析

本文主要聚焦最优比率环 问题。

观光奶牛一题要求我们求出最大单位时间乐趣值,而乐趣值的来源是在每一个地标(点)的停留,时间花费在牛道(边),因此"最大单位时间乐趣值"实际上就是求分式 Σ f i Σ t i \frac{\Sigma f_i}{\Sigma t_i} ΣtiΣfi 的最大值。而此题又要求最后需要回到起始地标,因此此题在最大比率的基础上多了环的要求,即成为 "最优比率环"问题。

求最大值,我们可以采用二分法,每次判断 m i d mid mid 是否符合题意,即得分式:

Σ f i Σ t i > m i d \frac{\Sigma f_i}{\Sigma t_i}>mid ΣtiΣfi>mid

然后,我们将其进行处理,得到:

Σ f i − m i d Σ t i > 0 \Sigma f_i-mid \Sigma t_i>0 Σfi−midΣti>0

这时候,我们相当于虚拟出一张边权为 f i − m i d Σ t i f_i-mid \Sigma t_i fi−midΣti 的图,判断其是否存在正环即可。(反之,如果求最小值,则是判断是否存在负环)

判断是否存在负环,可以判断到某点时走过的路径条数是否超过 n − 1 n-1 n−1,时间复杂度属于线性,较低。

AC代码

cpp 复制代码
//01分数规划
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cstring>
#include <queue>
using namespace std;

const int N = 1100, M = 2e4 + 10;

int n, m;
double dis[N], wf[N], wt[M];
int st[N], cnt[N];
int e[M], ne[M], h[N], idx;

void add(int a, int b, int c)
{
	e[idx] = b;
	wt[idx] = c;
	ne[idx] = h[a];
	h[a] = idx++;
	return;
}

bool check(double mid)
{
	memset(dis, 0, sizeof dis);
	memset(st, 0, sizeof st);
	memset(cnt, 0, sizeof cnt);
	
	queue<int> q;
	for (int i = 1; i <= n; i++)
	{
		q.push(i);
		st[i] = true;
	}
	
	while (!q.empty())
	{
		int now = q.front();
		q.pop();
		st[now] = false;
		
		for (int i = h[now]; i != -1; i = ne[i])
		{
			int j = e[i];
			if (dis[j] < dis[now] + wf[now] - mid * wt[i])
			{
				dis[j] = dis[now] + wf[now] - mid * wt[i];
				cnt[j] = cnt[now] + 1;
				if (cnt[j] >= n) return true;
				if (!st[j])
				{
					st[j] = true;
					q.push(j);
				}
			}
		}
	}
	return false;
}

int main()
{
	scanf("%d%d", &n, &m);
	memset(h, -1, sizeof h);
	for (int i = 1; i <= n; i++) cin >> wf[i];
	for (int i = 1; i <= m; i++)
	{
		int a, b;
		double c;
		cin >> a >> b >> c;
		add(a, b, c);
	}
	double l = 0, r = 1e4;
	while (r - l > 1e-4)
	{
		double mid = (l + r) / 2;
		if (check(mid)) l = mid;
		else r = mid;
	}
	printf("%.2lf", r);
	return 0;
}
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