最小生成樹計數(Kruskal+Matrix-Tree定理)
阿新 • • 發佈:2019-01-26
以下轉載自:http://blog.csdn.net/jarily/article/details/8902402
/* *演算法引入: *給定一個含有N個結點M條邊的無向圖,求它最小生成樹的個數t(G); * *演算法思想: *拋開“最小”的限制不看,如果只要求求出所有生成樹的個數,是可以利用Matrix-Tree定理解決的; *Matrix-Tree定理此定理利用圖的Kirchhoff矩陣,可以在O(N3)時間內求出生成樹的個數; * *kruskal演算法: *將圖G={V,E}中的所有邊按照長度由小到大進行排序,等長的邊可以按照任意順序; *初始化圖G’為{V,Ø},從前向後掃描排序後的邊,如果掃描到的邊e在G’中連線了兩個相異的連通塊,則將它插入G’中; *最後得到的圖G’就是圖G的最小生成樹; * *由於kruskal按照任意順序對等長的邊進行排序,則應該將所有長度為L0的邊的處理當作一個階段來整體看待; *令kruskal處理完這一個階段後得到的圖為G0,如果按照不同的順序對等長的邊進行排序,得到的G0也是不同; *雖然G0可以隨排序方式的不同而不同,但它們的連通性都是一樣的,都和F0的連通性相同(F0表示插入所有長度為L0的邊後形成的圖); * *在kruskal演算法中的任意時刻,並不需要關注G’的具體形態,而只要關注各個點的連通性如何(一般是用並查集表示); *所以只要在掃描進行完第一階段後點的連通性和F0相同,且是通過最小代價到達這一狀態的,接下去都能找到最小生成樹; * *經過上面的分析,可以看出第一個階段和後面的工作是完全獨立的; *第一階段需要完成的任務是使G0的連通性和F0一樣,且只能使用最小的代價; *計算出這一階段的方案數,再乘上完成後續事情的方案數,就是最終答案; * *由於在第一個階段中,選出的邊數是一定的,所有邊的長又都為L0; *所以無論第一個階段如何進行代價都是一樣的,那麼只需要計算方案數就行了; *此時Matrix-Tree定理就可以派上用場了,只需對F0中的每一個連通塊求生成樹個數再相乘即可; * *Matrix-Tree定理: *G的所有不同的生成樹的個數等於其Kirchhoff矩陣C[G]任何一個n-1階主子式的行列式的絕對值; *n-1階主子式就是對於r(1≤r≤n),將C[G]的第r行,第r列同時去掉後得到的新矩陣,用Cr[G]表示; * *演算法舉例: *HDU4408(Minimum Spanning Tree) * *題目地址: *http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=4408 * *題目大意: *給定一個含有N個結點M條邊的無向圖,求它最小生成樹的個數,所得結果對p取模; **/ #include<iostream> #include<cstdio> #include<cmath> #include<cstring> #include<cstdlib> #include<queue> #include<algorithm> #include<vector> using namespace std; const int N=111; const int M=1111; typedef __int64 LL; struct Edges { int a,b,c; bool operator<(const Edges & x)const { return c<x.c; } } edge[M]; int n,m; int mod; LL f[N],U[N],vist[N];//f,U都是並查集,U是每組邊臨時使用 LL G[N][N],C[N][N];//G頂點之間的關係,C為生成樹計數用的Kirchhoff矩陣 vector<int>V[N];//記錄每個連通分量 int Find(int x,LL f[]) { if(x==f[x]) return x; else return Find(f[x],f); } LL det(LL a[][N],int n)//生成樹計數:Matrix-Tree定理 { for(int i=0; i<n; i++) for(int j=0; j<n; j++) a[i][j]%=mod; int ret=1; for(int i=1; i<n; i++) { for(int j=i+1; j<n; j++) while(a[j][i]) { int t=a[i][i]/a[j][i]; for(int k=i; k<n; k++) a[i][k]=(a[i][k]-a[j][k]*t)%mod; for(int k=i; k<n; k++) swap(a[i][k],a[j][k]); ret=-ret; } if(a[i][i]==0) return 0; ret=ret*a[i][i]%mod; } return (ret+mod)%mod; } void Solve() { sort(edge,edge+m);//按權值排序 for(int i=1; i<=n; i++)//初始化並查集 { f[i]=i; vist[i]=0; } LL Edge=-1;//記錄相同的權值的邊 LL ans=1; for(int k=0; k<=m; k++) { if(edge[k].c!=Edge||k==m)//一組相等的邊,即權值都為Edge的邊加完 { for(int i=1; i<=n; i++) { if(vist[i]) { LL u=Find(i,U); V[u].push_back(i); vist[i]=0; } } for(int i=1; i<=n; i++) //列舉每個連通分量 { if(V[i].size()>1) { for(int a=1; a<=n; a++) for(int b=1; b<=n; b++) C[a][b]=0; int len=V[i].size(); for(int a=0; a<len; a++) //構建Kirchhoff矩陣C for(int b=a+1; b<len; b++) { int a1=V[i][a]; int b1=V[i][b]; C[a][b]=(C[b][a]-=G[a1][b1]); C[a][a]+=G[a1][b1];//連通分量的度 C[b][b]+=G[a1][b1]; } LL ret=(LL)det(C,len); ans=(ans*ret)%mod;//對V中的每一個連通塊求生成樹個數再相乘 for(int a=0; a<len; a++) f[V[i][a]]=i; } } for(int i=1; i<=n; i++) { U[i]=f[i]=Find(i,f); V[i].clear(); } if(k==m) break; Edge=edge[k].c; } int a=edge[k].a; int b=edge[k].b; int a1=Find(a,f); int b1=Find(b,f); if(a1==b1) continue; vist[a1]=vist[b1]=1; U[Find(a1,U)]=Find(b1,U);//並查集操作 G[a1][b1]++; G[b1][a1]++; } int flag=0; for(int i=2; i<=n&&!flag; i++) if(U[i]!=U[i-1]) flag=1; if(m==0) flag=1; printf("%I64d\n",flag?0:ans%mod); } int main() { //freopen("C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\kd.txt","r",stdin); while(scanf("%d%d%d",&n,&m,&mod),n+m+mod) { memset(G,0,sizeof(G)); for(int i=1; i<=n; i++) V[i].clear(); for(int i=0; i<m; i++) scanf("%d%d%d",&edge[i].a,&edge[i].b,&edge[i].c); Solve(); } return 0; }