解决这类问题的大体思路:
1)判断所有的情况数,作为列
2)判断所有的条件数,作为行
3)判断每一行满足哪些条件,可以插入1
4)判断是精确覆盖还是重复覆盖
5)注意输入输出
精确覆盖
struct DLX
{
int n,m;///行列的规模
int u[maxnode],d[maxnode],l[maxnode],r[maxnode];///结点四个方向的指针
int col[maxnode],row[maxnode];///结点的行列指针
int h[maxn],s[maxn];
///h[]行首结点(额外的行结点),s[]每一列的个数
bool visit[maxn];///v[]是H()函数的标记数组
int ansed,ans[maxn],siz;///答案的个数,答案,总结点数
void ini(int _n,int _m)///初始化
{
n=_n,m=_m;///规模
for(int i=1;i<=m;i++)///第1->m个结点作为列首节点
{
u[i]=i;///上下指针都指向自己
d[i]=i;
l[i]=i-1;///左右指针相连
r[i]=i+1;
col[i]=i;///列首节点的列指针指向本列
row[i]=0;///列首节点的行指针为第0行
}
///第0个结点(表头head)左指针指向node1,右指针指向nodem
///第m个结点右指针指向head,使得行首结点首尾相接
l[0]=m,r[0]=1;
r[m]=0;
siz=m;
clclow(h);///列首结点初始化为-1,表明该行全为0,没有指向哪个为1的结点
clc(ans);
ansed=0;///答案的数量为0
}
void Link(int R,int c)
{
siz++;///结点数+1
///接下来的操作是在Node_c和Node_c->down之间插入一个结点
///该列从上到下的行号不一定是从小到大的,但是插入的复杂度为O(1)
u[siz]=c;///插入结点的up指针指向c
d[siz]=d[c];///插入结点的down指针指向c->down
u[d[c]]=siz;///结点c->down的up指针指向插入结点
d[c]=siz;///列首结点c的down指针指向插入结点
row[siz]=R,col[siz]=c;///设置行标和列标
if(h[R]<0)///第r行还没有元素
{
h[R]=siz;///第r行的行指针指向插入结点
r[siz]=l[siz]=siz;///插入的结点的左右指针都指向自己
}
else
{///在行首结点H[r]和H[r]->right插入结点
l[siz]=h[R];
r[siz]=r[h[R]];
l[r[h[R]]]=siz;
r[h[R]]=siz;
}
return ;
}
void del(int c)///删除列及对应的行
{
r[l[c]]=r[c];///删除列首结点
l[r[c]]=l[c];
for(int i=d[c];i!=c;i=d[i])///遍历该列每个结点node_i
for(int j=r[i];j!=i;j=r[j])///将与node_i同列的结点删除
{
d[u[j]]=d[j];
u[d[j]]=u[j];
}
return ;
}
void recover(int c)///恢复列及对应的行
{
for(int i=u[c];i!=c;i=u[i])
for(int j=l[i];j!=i;j=l[j])///恢复行
{
d[u[j]]=j;
u[d[j]]=j;
}
r[l[c]]=c;///恢复列首结点
l[r[c]]=c;
return ;
}
bool Dancing(int dep) ///开始跳舞
{
if(r[0]==0) ///表头的右指针指向自己
{
ansed=dep;
return true;
}
int c=r[0];///表头右指针指向的列首结点c
del(c);///删除第c列,及该列的1所在的行
for(int i=d[c];i!=c;i=d[i])
{
ans[dep]=row[i];
for(int j=r[i];j!=i;j=r[j])
del(col[j]);
if(Dancing(dep+1))
return true;
for(int j=l[i];j!=i;j=l[j])
recover(col[j]);
}
return false;
}
}dlx;
模板题:
Exact cover(HUST 1017)
重复覆盖:
其实是准确覆盖的转化模型。
首先选择当前要覆盖的列,将该列删除,枚举覆盖到该列的所有行:对于某一行r,假设认为它是解集中的一个,那么该行所能覆盖到的列都不必再搜,所以删除该行覆盖到的所有列。注意此时不用删去覆盖到这些列的其它行,因为一列中允许有多个1。h()函数剪枝利用的思想是A*搜索中的估价函数。即,对于当前的递归深度K下的矩阵,估计其最好情况下(即最少还需要多少步)才能出解。也就是,如果将能够覆盖当前列的所有行全部选中,去掉这些行能够覆盖到的列,将这个操作作为一层深度。重复此操作直到所有列全部出解的深度是多少。如果当前深度加上这个估价函数返回值,其和已然不能更优(也就是已经超过当前最优解),则直接返回,不必再搜。
代码与精确覆盖的区别:
1)删除/恢复函数不同:精确覆盖是删除/恢复行及对应的列,重复覆盖是删除/恢复列
2)精确覆盖由于是NP问题,所以使用A*优化
3)Dancing函数有区别,见代码
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#define clc(x) memset(x,0,sizeof(x))
#define clclow(x) memset(x,-1,sizeof(x))
using namespace std;
const int maxn=15*15+5,maxnode=maxn*maxn,INF=1000000000;
struct DLX
{
int n,m;///行列的规模
int u[maxnode],d[maxnode],l[maxnode],r[maxnode];///结点四个方向的指针
int col[maxnode],row[maxnode];///结点的行列指针
int h[maxn],s[maxn];
///h[]行首结点(额外的行结点),s[]每一列的个数
bool visit[maxn];///v[]是H()函数的标记数组
int ansed,ans[maxn],siz;///答案的个数,答案,总结点数
void ini(int _n,int _m)///初始化
{
n=_n,m=_m;///规模
for(int i=1;i<=m;i++)///第1->m个结点作为列首节点
{
u[i]=i;///上下指针都指向自己
d[i]=i;
l[i]=i-1;///左右指针相连
r[i]=i+1;
col[i]=i;///列首节点的列指针指向本列
row[i]=0;///列首节点的行指针为第0行
s[i]=0;///每一列1的个数为0
}
///第0个结点(表头head)左指针指向node1,右指针指向nodem
///第m个结点右指针指向head,使得行首结点首尾相接
l[0]=m,r[0]=1;
r[m]=0;
siz=m;
clclow(h);///列首结点初始化为-1,表明该行全为0,没有指向哪个为1的结点
clc(ans);
ansed=INF;///次数初始化为INF
}
void Link(int R,int c)
{
++s[col[++siz]=c];
u[siz]=c;///插入结点的up指针指向c
d[siz]=d[c];///插入结点的down指针指向c->down
u[d[c]]=siz;///结点c->down的up指针指向插入结点
d[c]=siz;///列首结点c的down指针指向插入结点
row[siz]=R,col[siz]=c;///设置行标和列标
s[c]++;///第c列的1的个数++
if(h[R]<0)///第r行还没有元素
{
h[R]=siz;///第r行的行指针指向插入结点
r[siz]=l[siz]=siz;///插入的结点的左右指针都指向自己
}
else
{///在行首结点H[r]和H[r]->right插入结点
l[siz]=h[R];
r[siz]=r[h[R]];
l[r[h[R]]]=siz;
r[h[R]]=siz;
}
return ;
}
void remove(int c)///删除第i列
{
for(int i=d[c];i!=c;i=d[i])
{
r[l[i]]=r[i];
l[r[i]]=l[i];
}
return ;
}
void resume(int c)///恢复列
{
for(int i=u[c];i!=c;i=u[i])
{
r[l[i]]=i;
l[r[i]]=i;
}
return ;
}
int H()///IDA*的H函数,获得代价
{
int ans=0;
clc(visit);
for(int i=r[0];i!=0;i=r[i])
if(!visit[i])
{
ans++;
for(int j=d[i];j!=i;j=d[j])
for(int k=r[j];k!=j;k=r[k])
visit[col[k]]=1;
}
return ans;
}
void Dancing(int dep) ///开始跳舞
{
/* 重复覆盖
1、如果矩阵为空,得到结果,返回
2、从矩阵中选择一列,以选取最少元素的列为优化方式
3、删除该列及其覆盖的行
4、对该列的每一行元素:删除一行及其覆盖的列,
5、进行下一层搜索,如果成功则返回
6、恢复现场,跳至4
7、恢复所选择行
*/
if(dep+H()>=ansed) return ;
if(r[0]==0) ///全部覆盖了
{
if(ansed>dep) ansed=dep;
return ;
}
int c=r[0];///表头右指针指向的列首结点c
for(int i=r[0];i!=0;i=r[i])
if(s[i]<s[c]) c=i;
//del(c);///精确覆盖
for(int i=d[c];i!=c;i=d[i])
{
remove(i);//新增(重复覆盖)
for(int j=r[i];j!=i;j=r[j])
remove(j);//del(col[j])(精确覆盖)
Dancing(dep+1);
for(int j=l[i];j!=i;j=l[j])
resume(j);//recover(col[j])(精确覆盖)
resume(i);//新增(重复覆盖)
}
//recover(c);///精确覆盖
return;
}
}dlx;