hihoCoder 1175 拓扑排序

https://hihocoder.com/problemset/problem/1175

描述

小Hi和小Ho所在学校的校园网被黑客入侵并投放了病毒。这事在校内BBS上立刻引起了大家的讨论,当然小Hi和小Ho也参与到了其中。从大家各自了解的情况中,小Hi和小Ho整理得到了以下的信息:

  • 校园网主干是由N个节点(编号1..N)组成,这些节点之间有一些单向的网路连接。若存在一条网路连接(u,v)链接了节点u和节点v,则节点u可以向节点v发送信息,但是节点v不能通过该链接向节点u发送信息。
  • 在刚感染病毒时,校园网立刻切断了一些网络链接,恰好使得剩下网络连接不存在环,避免了节点被反复感染。也就是说从节点i扩散出的病毒,一定不会再回到节点i。
  • 当1个病毒感染了节点后,它并不会检查这个节点是否被感染,而是直接将自身的拷贝向所有邻居节点发送,它自身则会留在当前节点。所以一个节点有可能存在多个病毒。
  • 现在已经知道黑客在一开始在K个节点上分别投放了一个病毒。

举个例子,假设切断部分网络连接后学校网络如下图所示,由4个节点和4条链接构成。最开始只有节点1上有病毒。

最开始节点1向节点2和节点3传送了病毒,自身留有1个病毒:

其中一个病毒到达节点2后,向节点3传送了一个病毒。另一个到达节点3的病毒向节点4发送自己的拷贝:

当从节点2传送到节点3的病毒到达之后,该病毒又发送了一份自己的拷贝向节点4。此时节点3上留有2个病毒:

最后每个节点上的病毒为:

小Hi和小Ho根据目前的情况发现一段时间之后,所有的节点病毒数量一定不会再发生变化。那么对于整个网络来说,最后会有多少个病毒呢?

提示:拓扑排序的应用

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提示:拓扑排序的应用

小Hi:对于这个问题小Ho你有什么想法么?

小Ho:有,对于一个病毒来说它总会传递到一个没有邻居的节点,那我直接使用dfs模拟整个过程不就能够得到结果了吗?

小Hi:小Ho你真聪明,立刻就看穿了这个问题的本质。

小Ho:那当然啦。 <得意>

小Hi:那么小Ho,我这里有这样一个网络:

这里一共有n个节点,对于节点i,它总是连接着节点i+1和节点i+2。一开始只有节点1被感染,你算算最后n个节点一共有多少个病毒?

小Ho:很显然,节点1最后只有1个病毒;节点2也只有1个病毒;节点3会接受从节点1和节点2过来的病毒,所以有2个病毒;后面依次是节点4有3个病毒,节点5有5个病毒…它们好像刚好是费波拉契数列?

小Hi:你说的没错。对于这个网络,编号为i的节点最后感染的病毒数量就是斐波拉契数列的第i项。而斐波拉契数列的增长是很惊人的,当i到达一定值时,其电脑感染的病毒数量就会很大了。

小Ho:那这又有什么关系呢?反正能得到解不是么?

小Hi:能得到解那是当然了,但是你有想过需要花费多少时间么?在你的dfs算法中,每一次进入函数就等于模拟一个病毒进入电脑。如果最后结果有10亿个病毒,那么你就需要执行10亿次函数,假设电脑每秒钟可以执行1亿次函数,那么你的dfs就需要运行10秒。如果结果有100亿,1000亿呢?

小Ho:运行时间上好像是有问题,那我应该如何解决时间的问题呢?

小Hi:其实也很简单啦。你再想想,在我们最后得到结果上每各节点病毒数量有什么关系么?

小Ho:嗯 <思考> …我发现了!对于节点i来说,它最后的病毒数好像总是等于所有能够达到它的节点病毒数之和。就用你提到的那个斐波拉契数列来说,能够达到节点i的节点是节点i-1和节点i-2,所以节点i的病毒数是节点i-1和节点i-2的病毒数之和。这刚好就是斐波拉契数列的递推公式嘛!

小Hi:对,正是这样。对于一个节点i来说,如果我们能够先计算出它所有前驱节点的病毒数量,就可以直接推算出它最后的病毒数量了。

小Ho:但是怎么来计算所有前驱节点呢?

小Hi:这就要从图的性质入手了。我们现在的网络是没有环的,对于任意一个节点i,当它将自己所有的病毒都传送出去之后,它自身的病毒数量就不会改变了。那么我们不妨从没有前驱节点,也就是入度为0的节点开始考虑。

对于这些节点,它并不会再增加病毒数量。那么我们就根据它所关联的连接将病毒分发出去,然后这个节点就没有作用了。那不妨就删掉好了,它所关联的边也删掉。

这样图中又会产生一些新的没有入度的节点。这样一直删点,直到所有的点都被删掉,将所有点的病毒数量加起来不就是总的病毒数么?

我们不妨来看个例子,这里给定一个网络:

最开始只有节点1是入度为0的点,所以将它的病毒传送,然后删掉节点1:

此时节点2成为了入度为0的点,同样将其删掉:

此时节点3为入度为0的点,同样操作:

最后只剩下节点4,因为它并没有后续节点,所以病毒感染的过程也就结束了。

小Ho:这不就是拓扑排序么!因为拓扑排序可以在O(n+m)的时间解决,整个问题的时间也减少到了O(n+m),那么再多的节点数都不怕了!

小Hi:没错,这样我们就完美地解决了这个问题。你能实现它么?

小Ho:没问题,就交给我吧! <自信>

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输入

第1行:3个整数N,M,K,1≤K≤N≤100,000,1≤M≤500,000

第2行:K个整数A[i],A[i]表示黑客在节点A[i]上放了1个病毒。1≤A[i]≤N

第3..M+2行:每行2个整数 u,v,表示存在一条从节点u到节点v的网络链接。数据保证为无环图。1≤u,v≤N

输出

第1行:1个整数,表示最后整个网络的病毒数量 MOD 142857

Sample Input

4 4 1
1
1 2
1 3
2 3
3 4

Sample Output

6

思路:这道题的描述也得也太好了~直接看就行了~只不过平常的题目,我们存储头结点只需要一个数组head就可以了,因为只需要头结点编号这一个信息,这里面多了一个病毒数量,因此我们多用一个变量来存储病毒数量,然后用结构体数组就可以了~

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<stack>
#include<cmath>
#include<cstring>
#include<queue>
#include<set>
#include<algorithm>
#include<iterator>
#define INF 0x3f3f3f3f
typedef long long ll;
typedef unsigned long long ull;
using namespace std;

const int maxn=100005;
const int MOD=142857;

struct edge
{
	int to,next;
};

struct node
{
	int bh;	//边的标号
	int vnum;	//病毒数量
};

edge E[maxn*5];
int n,m,cnt=0;
node head[maxn];
int Stack[maxn],top;
int ind[maxn];

void topo();

int main()
{
	int k;
	scanf("%d %d %d",&n,&m,&k);
	int temp;
	for(int i=1;i<=k;i++)
	{
		scanf("%d",&temp);
		head[temp].vnum=1;
	}
	int u,v;
	for(int i=1;i<=m;i++)
	{
		scanf("%d %d",&u,&v);
		E[i].to=v;
		E[i].next=head[u].bh;
		head[u].bh=i;
	}
	topo();
	return 0;
}

void topo()
{
	top=-1;
	memset(ind,0,sizeof(ind));
	for(int i=1;i<=n;i++)
		for(int j=head[i].bh;j!=0;j=E[j].next)
			ind[E[j].to]++;
	for(int i=1;i<=n;i++)
		if(ind[i]==0)
			Stack[++top]=i;
	int sum=0;
	while(top!=-1)
	{
		int temp=Stack[top--];
		for(int i=head[temp].bh;i!=0;i=E[i].next)
		{
			int nxt=E[i].to;
			if(--ind[nxt]==0)
				Stack[++top]=nxt;
			head[nxt].vnum=(head[nxt].vnum+head[temp].vnum)%MOD;
		}
		sum=(sum+head[temp].vnum)%MOD;
	}
	printf("%d\n",sum);
}

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