转载自byvoid
这道题正确的解法是构造网络,求网络最小费用最大流,但是模型隐藏得较深,不易想到。构造网络是该题的关键,以下面一个例子说明构图的方法和解释。
例如一共需要4天,四天需要的人数依次是4,2,5,3。有5类志愿者,如下表所示:
种类 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
---|---|---|---|---|---|
时间 | 1-2 | 1-1 | 2-3 | 3-3 | 3-4 |
费用 | 3 | 4 | 3 | 5 | 6 |
设雇佣第i类志愿者的人数为$X_i$,每个志愿者的费用为$V_i$,第j天雇佣的人数为$P_j$,则每天的雇佣人数应满足一个不等式,如上表所述,可以列出
$\begin{cases} P_1 = X_1 + X_2 \le 4\\ P_2 = X_1 + X_3 \le 2\\ P_3 = X_3 + X_4 +X_5 \le 5\\ P_4 = X_5 \le 3 \end{cases}$对于第i个不等式,添加辅助变量$Y_i(Y_i\le 0)$ ,可以使其变为等式
$\begin{cases} P_1 = X_1 + X_2 - Y_1 = 4\\ P_2 = X_1 + X_3 - Y_2 = 2\\ P_3 = X_3 + X_4 +X_5 - Y_3 = 5\\ P_4 = X_5 - Y_4 = 3 \end{cases}$在上述四个等式上下添加$P_0=0~P_5=0$,每次用下边的式子减去上边的式子,得出
$\begin{cases} P_1 - P_0 = X_1 + X_2 - Y_1 = 4\\ P_2 - P_1 = X_3 - X_2 -Y_2 +Y_1 = -2\\ P_3 - P_2 = X_4 + X_5 - X_1 - Y_3 + Y_2 =3\\ P_4 - P_3 = - X_3 - X_4 + Y_3 - Y_4 = -2\\ P_5 - P_4 = - X_5 + Y_4 = -3 \end{cases}$观察发现,每个变量都在两个式子中出现了,而且一次为正,一次为负。所有等式右边和为0。接下来,根据上面五个等式构图。
每个等式为图中一个顶点,添加源点$S$和汇点$T$。
如果一个等式右边为非负整数$c$,从源点$S$向该等式对应的顶点连接一条容量为$c$,权值为0的有向边;如果一个等式右边为负整数$c$,从该等式对应的顶点向汇点$T$连接一条容量为$c$,权值为0的有向边。
如果一个变量$X_i$在第$j$个等式中出现为$X_i$,在第k个等式中出现为$-X_i$,从顶点j向顶点k连接一条容量为$\infty$,权值为$V_i$的有向边。
如果一个变量$Y_i$在第$j$个等式中出现为$Y_i$,在第k个等式中出现为$-Y_i$,从顶点j向顶点k连接一条容量为$\infty$,权值为0的有向边。
构图以后,求从源点S到汇点T的最小费用最大流,费用值就是结果。
根据上面的例子可以构造出如下网络,红色的边为每个变量$X$代表的边,蓝色的边为每个变量$Y$代表的边,边的容量和权值标已经标出(蓝色没有标记,因为都是容量$\infty$,权值0)。
在这个图中求最小费用最大流,流量网络如下图,每个红色边的流量就是对应的变量$X$的值。
所以,答案为$43+23+3\times 6=36$。
上面的方法很神奇得求出了结果,思考为什么这样构图。我们将最后的五个等式进一步变形,得出以下结果
可以发现,每个等式左边都是几个变量和一个常数相加减,右边都为0,恰好就像网络流中除了源点和汇点的顶点都满足流量平衡。每个正的变量相当于流入该顶点的流量,负的变量相当于流出该顶点的流量,而正常数可以看作来自附加源点的流量,负的常数是流向附加汇点的流量。因此可以据此构造网络,求出从附加源到附加汇的网络最大流,即可满足所有等式。而我们还要求$\begin{split}\sum_{i=1}^M X_i\cdot V_i\end{split}$最小,所以要在$X$变量相对应的边上加上权值,然后求最小费用最大流。
然而在NOI的现场上,该题得分的平均分12.56,只有高逸涵大牛拿到了满分。不能不说这是一道难题,难就难在抽象出问题的数学模型,设计有效的算法。而信息学竞赛正朝着这个方向发展,数学建模将是解决问题的共同关键步骤。
Problem
Description
申奥成功后,布布经过不懈努力,终于成为奥组委下属公司人力资源部门的主管。布布刚上任就遇到了一个难题:为即将启动的奥运新项目招募一批短期志愿者。经过估算,这个项目需要$N$天才能完成,其中第$i$天至少需要$A_i$个人。布布通过了解得知,一共有$M$类志愿者可以招募。其中第$i$类可以从第$S_i$天工作到第$T_i$天,招募费用是每人$C_i$元。新官上任三把火,为了出色地完成自己的工作,布布希望用尽量少的费用招募足够的志愿者,但这并不是他的特长!于是布布找到了你,希望你帮他设计一种最优的招募方案。
Input
第一行包含两个整数$N$,$M$,表示完成项目的天数和可以招募的志愿者的种类。接下来的一行中包含$N$个非负整数,表示每天至少需要的志愿者人数。 接下来的$M$行中每行包含三个整数$S_i$, $T_i$, $C_i$,含义如上文所述。为了方便起见,我们可以认为每类志愿者的数量都是无限多的。
Output
仅包含一个整数,表示你所设计的最优方案的总费用。
Sample Input
1 | 3 3 |
Sample Output
1 | 14 |
Hint
$1\le N\le 1000$,$1\le M\le 10000$,题目中其他所涉及的数据均 不超过$2^{31}-1$。
Code
1 |
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