二分图博弈(知识总结+例题)

news2024/9/29 9:38:44

思路来源

gzchenben的ppt

算法学习笔记(74): 二分图博弈 - 知乎

https://www.cnblogs.com/Zeardoe/p/16534557.html

知识点总结

以下部分摘自知乎:算法学习笔记(74): 二分图博弈 - 知乎

二分图博弈模型

给出一张二分图起始点 H ,

A和B轮流操作,每次只能选与上个被选择的点(第一回合则是点 H )相邻的点,

且不能选择已选择过的点,无法选点的人输掉。

例如,在国际象棋棋盘上,双方轮流移动一个士兵,

不能走已经走过的格子,问谁先无路可走。

结论

考察二分图的最大匹配,如果最大匹配一定包含 H ,那么先手必胜,否则先手必败。

1. 如果最大匹配一定包含 H,那么先手只需要一直按照匹配选点即可。

后手不可能选到非匹配点:

反证法,设如果后手选到一个非匹配点,

设路径为 H→P1→⋯→Pn−1→Pn ,

那么把现在的匹配 {H−P1,…,Pn−2−Pn−1} 换成{P1−P2,…,Pn−1−Pn},

匹配数不变但不包含 H ,与最大匹配一定包含 H 矛盾。

2. 如果最大匹配不一定包含 H ,考虑某个不包含 H 的最大匹配 M 。

先手无论选择哪个点,它都一定是匹配点,

否则设这个点为 P ,则发现了新匹配 H−P ,与 M 是最大匹配矛盾。

之后后手一直按照匹配选点即可,先手不可能选到非匹配点,此时局面和1相同

方法论

我们可以对删除和不删除 H 的情形分别做二分图最大匹配,

如果删除两个匹配数一样多,说明 H 是可有可无的,存在不包含 H 的最大匹配。

否则,说明 H 是不可或缺的。

具体实现可以根据数据范围选用匈牙利算法Dinic

需要注意的是,如果采用Dinic,不要根据有没有 H 点建两次图。

而是在建图时把涉及 H 点的边存下来,

跑完第一次Dinic后再建这些边,第二次Dinic看有没有增加流量。

实际操作的时候,

若H位于二分图左半侧,只需令超级源点S->H边在第二轮连

若H位于二分图右半侧,令H->超级汇点T的边在第二轮连即可

二分图上包含H的边,还是可以在第一轮匹配的时候先连好

因为只要那一条边不连,H对流量就无贡献,

根据网络流的最优性质,答案会优先占用可以贡献流量的点

题目

其实也想不到除了用裸题考以外,还能有什么考查方式,因为知识点比较固定

2020 China Collegiate Programming Contest Changchun Onsite H题,二分图博弈裸题

t(t<=10)组样例,m(m<=5)位循环密码锁,

密码锁每一位0-9(9和0循环相邻),

每一次拨动可以使i拨到(i-1)%10或(i+1)%10的位置

初始密码为x,Alice和Bob需要轮流拨动,

n(0<=n<10^m)个禁止密码,只要一拨到禁止密码就输了,保证x不在里面

Alice先手,不能操作者输,问双方均最优解下谁必胜

题解

考虑密码各数位和的奇偶性,显然是一个二分图

1. 先不加x的边,跑一次dinic

2. 再把x加上,在残余网络上再跑一次dinic

x是必须点,当且仅当第二次dinic时,流量为1

由于连边时,控制了x一定位于二分图左半端,

所以,第二轮加上边的时候,只加S->x即可

代码

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int maxn=1e5+10,maxm=3e6+10,INF=0x3f3f3f3f;
int level[maxn];
int head[maxn],cnt;
int ca,n,m,ss,ee,ten[10],st,sum[maxn];
bool ban[maxn];
struct edge{int v,nex;ll w;}e[maxm];
void init(){
	cnt=0;
	memset(head,-1,sizeof head);
	memset(ban,0,sizeof ban);
}
void add(int u,int v,ll w){
	e[cnt].v=v;
	e[cnt].w=w;
	e[cnt].nex=head[u];
	head[u]=cnt++;
}
//是否为有向图
void add2(int u,int v,ll w,bool op){
	add(u,v,w);
	add(v,u,op?0:w);
}
bool bfs(int s,int t){
	queue<int>q;
	memset(level,0,sizeof level);
	level[s]=1;
	q.push(s);
	while(!q.empty()){
		int x=q.front();
		q.pop();
		if(x==t)return 1;
		for(int u=head[x];~u;u=e[u].nex){
			int v=e[u].v;ll w=e[u].w;
			if(!level[v]&&w){
				level[v]=level[x]+1;
				q.push(v);
			}
		}
	}
	return 0;
}
ll dfs(int u,ll maxf,int t){
	if(u==t)return maxf;
	ll ret=0;
	for(int i=head[u];~i;i=e[i].nex){
		int v=e[i].v;ll w=e[i].w;
		if(level[u]+1==level[v]&&w){
			ll MIN=min(maxf-ret,w);
			w=dfs(v,MIN,t);
			e[i].w-=w;
			e[i^1].w+=w;
			ret+=w;
			if(ret==maxf)break;
		}
	}
	if(!ret)level[u]=-1;//优化,防止重搜,说明u这一路不可能有流量了 
	return ret;
}
ll Dinic(int s,int t){
	ll ans=0;
	while(bfs(s,t))
	ans+=dfs(s,INF,t);
	return ans;
}
int in(){
	int v;
	scanf("%d",&v);
	return v;
}
void link(int i){
	if(ban[i])return;
	if(sum[i]==sum[st]){
		add2(ss,i,1,1);
		for(int j=0;j<m;++j){
			int x=(i/ten[j])%10,y=i-x*ten[j];
			for(int k:{-1,1}){
				int nx=(x+k+10)%10,ny=y+nx*ten[j];
				if(ban[ny])continue;
				add2(i,ny,1,1);
			}
		}
	}
	else{
		add2(i,ee,1,1);
	}
}
int main(){
	ten[0]=1;
	for(int i=1;i<=6;++i)ten[i]=ten[i-1]*10;
	for(int i=1;i<=ten[5];++i)sum[i]=(sum[i/10]+(i%10))%2;
    scanf("%d",&ca);
    while(ca--){
    	init();
    	scanf("%d%d",&m,&n);
    	ss=ten[m];ee=ten[m]+1;
    	st=in();
    	for(int i=1;i<=n;++i){
    		ban[in()]=1;
    	}
    	for(int i=0;i<ten[m];++i){
    		if(i==st)continue;
    		link(i);
    	}
    	Dinic(ss,ee);
    	link(st);
    	puts(Dinic(ss,ee)?"Alice":"Bob");
    }
	return 0;
}

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