iis服务器助手广告广告
返回顶部
首页 > 资讯 > 后端开发 > 其他教程 >详解C++实现匈牙利算法
  • 868
分享到

详解C++实现匈牙利算法

2024-04-02 19:04:59 868人浏览 独家记忆
摘要

目录一、匈牙利算法介绍二、最大匹配问题三、最小点覆盖问题四、匈牙利算法的应用4.1、(洛谷P1129) [ZJOI2007]矩阵游戏4.2、(vijos1204) CoVH之柯南开锁

一、匈牙利算法介绍

匈牙利算法(Hungarian alGorithm)主要用于解决一些与二分图匹配有关的问题,所以我们先来了解一下二分图。

二分图(Bipartite graph)是一类特殊的图,它可以被划分为两个部分,每个部分内的点互不相连。下图是典型的二分图。

可以看到,在上面的二分图中,每条边的端点都分别处于点集X和Y中。匈牙利算法主要用来解决两个问题:求二分图的最大匹配数和最小点覆盖数。

这么说起来过于抽象了,我们现在从实际问题出发。

二、最大匹配问题

看完上面讲的,相信读者会觉得云里雾里的:这是啥?这有啥用?所以我们把这张二分图稍微做点手脚,变成下面这样:

现在Boys和Girls分别是两个点集,里面的点分别是男生和女生,边表示他们之间存在“暧昧关系"。最大匹配问题相当于,假如你是红娘,可以撮合任何一对有暧昧关系的男女,那么你最多能成全多少对情侣?(数学表述:在二分图中最多能找到多少条没有公共端点的边)

现在我们来看看匈牙利算法是怎么运作的:

我们从B1看起(男女平等,从女生这边看起也是可以的),他与G2有暧昧,那我们就先暂时把他与G2连接(注意这时只是你作为一个红娘在纸上构想,你没有真正行动,此时的安排都是暂时的)。

来看B2,B2也喜欢G2,这时G2已经“名花有主”了(虽然只是我们设想的),那怎么办呢?我们倒回去看G2目前被安排的男友,是B1,B1有没有别的选项呢?有,G4,G4还没有被安排,那我们就给B1安排上G4。

然后B3,B3直接配上G1就好了,这没什么问题。至于B4,他只钟情于G4,G4目前配的是B1。B1除了G4还可以选G2,但是呢,如果B1选了G2,G2的原配B2就没得选了。我们绕了一大圈,发现B4只能注定单身了,可怜。(其实从来没被考虑过的G3更可怜)

这就是匈牙利算法的流程,至于具体实现,我们来看看代码:


int M, N;            //M, N分别表示左、右侧集合的元素数量
int Map[MAXM][MAXN]; //邻接矩阵存图
int p[MAXN];         //记录当前右侧元素所对应的左侧元素
bool vis[MAXN];      //记录右侧元素是否已被访问过
bool match(int i)
{
    for (int j = 1; j <= N; ++j)
        if (Map[i][j] && !vis[j]) //有边且未访问
        {
            vis[j] = true;                 //记录状态为访问过
            if (p[j] == 0 || match(p[j])) //如果暂无匹配,或者原来匹配的左侧元素可以找到新的匹配
            {
                p[j] = i;    //当前左侧元素成为当前右侧元素的新匹配
                return true; //返回匹配成功
            }
        }
    return false; //循环结束,仍未找到匹配,返回匹配失败
}
int Hungarian()
{
    int cnt = 0;
    for (int i = 1; i <= M; ++i)
    {
        memset(vis, 0, sizeof(vis)); //重置vis数组
        if (match(i))
            cnt++;
    }
    return cnt;
}

其实流程跟我们上面描述的是一致的。注意这里使用了一个递归的技巧,我们不断往下递归,尝试寻找合适的匹配。

三、最小点覆盖问题

另外一个关于二分图的问题是求最小点覆盖:我们想找到最少的一些点,使二分图所有的边都至少有一个端点在这些点之中。倒过来说就是,删除包含这些点的边,可以删掉所有边。

这为什么用匈牙利算法可以解决呢?你如果以为我要长篇大论很久就错了,我们只需要一个定理:

(König定理)

一个二分图中的最大匹配数等于这个图中的最小点覆盖数。

好了,本节可以结束了,我们不是搞数学的,不需要证明。但是提供一个直观地找最小覆盖点集的方法:看题图,从左侧一个未匹配成功的点出发,走一趟匈牙利算法的流程(即紫色的箭头),所有左侧未经过的点,和右侧经过的点,即组成最小点覆盖。(即图中的B3、G2、G4)

对于每个左部节点,寻找增广路最多遍历整张二分图一次,因此,该算法时间复杂度为O(MN)

四、匈牙利算法的应用

一些题目,乍一看与上面这个男女配对的问题没有任何相似点,其实都可以用匈牙利算法。例如:

4.1、(洛谷P1129) [ZJOI2007]矩阵游戏

题目描述

小Q是一个非常聪明的孩子,除了国际象棋,他还很喜欢玩一个电脑益智游戏――矩阵游戏。矩阵游戏在一个$ N× N $ 黑白方阵进行(如同国际象棋一般,只是颜色是随意的)。每次可以对该矩阵进行两种操作:
行交换操作:选择矩阵的任意两行,交换这两行(即交换对应格子的颜色)
列交换操作:选择矩阵的任意两列,交换这两列(即交换对应格子的颜色)
游戏的目标,即通过若干次操作,使得方阵的主对角线(左上角到右下角的连线)上的格子均为黑色。
对于某些关卡,小Q百思不得其解,以致他开始怀疑这些关卡是不是根本就是无解的!于是小Q决定写一个程序来判断这些关卡是否有解。
输入格式
第一行包含一个整数T,表示数据的组数。
接下来包含T组数据,每组数据第一行为一个整数N,表示方阵的大小;接下来N行为一个 $ N× N $的01矩阵(0表示白色,1表示黑色)。
输出格式
包含T行。对于每一组数据,如果该关卡有解,输出一行Yes;否则输出一行No。

我们把矩阵转化为二分图(左侧集合代表各行,右侧集合代表各列,某位置为1则该行和该列之间有边)。我们想进行一系列交换操作,使得X1连上Y1,X2连上Y2,……

大家可以想象,所谓的交换,是不是可以等价为重命名?我们可以在保持当前二分图结构不变的情况下,把右侧点的编号进行改变,这与交换的效果是一样的。

所以想让X1、X2...与Y1、Y2...一一对应,其实只需要原图最大匹配数为4就行了。(这与组合数学中相异代表系的概念相合)。代码如下:


#include <cstdio>
#include <cstring>
int Map[205][205], p[205], vis[205], N, T;
bool match(int i){
    for (int j = 1; j <= N; ++j){
        if (Map[i][j] && !vis[j]){
            vis[j] = 1;
            if (p[j] == 0 || match(p[j])){
                p[j] = i;
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}
int Hungarian(){
    int cnt = 0;
    for (int i = 1; i <= N; ++i){
        memset(vis, 0, sizeof(vis));
        if (match(i))
            cnt++;
    }
    return cnt;
}
int main(){
    scanf("%d", &T);
    while (T--){
        scanf("%d", &N);
        memset(p, 0, sizeof(p));
        for (int i = 1; i <= N; ++i)
            for (int j = 1; j <= N; ++j)
                scanf("%d", &Map[i][j]);
        puts(Hungarian() == N ? "Yes" : "No");
    }
    return 0;
}

4.2、(vijos1204) CoVH之柯南开锁

面对OIBH组织的嚣张气焰, 柯南决定深入牛棚, 一探虚实.
他经过深思熟虑, 决定从OIBH组织大门进入...........
OIBH组织的大门有一个很神奇的锁.
锁是由M*N个格子组成, 其中某些格子凸起(灰色的格子). 每一次操作可以把某一行或某一列的格子给按下去.

如果柯南能在组织限定的次数内将所有格子都按下去, 那么他就能够进入总部. 但是OIBH组织不是吃素的, 他们的限定次数恰是最少次数.

请您帮助柯南计算出开给定的锁所需的最少次数.

读入/Input:

第一行 两个不超过100的正整数N, M表示矩阵的长和宽
以下N行 每行M个数 非0即1 1为凸起方格

输出/Output:

一个整数 所需最少次数

如果我们把样例的矩阵,转化为二分图的形式,是这样的:

按下一行或一列,其实就是删掉与某个点相连的所有边。现在要求最少的操作次数,想想看,这不就是求最小点覆盖数吗?所以直接套匈牙利算法即可。代码略。

4.3、(TYVJ P1035) 棋盘覆盖

描述 Description
给出一张nn(n<=100)的国际象棋棋盘,其中被删除了一些点,问可以使用多少12的多米诺骨牌进行掩盖。
输入格式 Input FORMat
第一行为n,m(表示有m个删除的格子)
第二行到m+1行为x,y,分别表示删除格子所在的位置
x为第x行
y为第y列
输出格式 Output Format
一个数,即最大覆盖格数

经典的多米诺覆盖问题大家都很熟悉,我们把棋盘染色,每个多米诺骨牌恰好覆盖一个白格和一个黑格(这里为了美观染成了其他颜色,下面仍将其称作黑格)。

我们删除了一些格子:

现在要求多米诺骨牌最大覆盖数。

你可能已经看出来了,我们在染色之后,黑格和白格可以构成一个二分图,每个白格都只和黑格相连,每个黑格也只和白格相连。在给所有黑格和白格编号后,我们把每个未删除的格子都与它上下左右紧邻的未删除的格子相连。很显然,这张二分图的最大匹配数,就是我们能放下最多的多米诺骨牌数。注意因为数据范围较大,要用邻接表存图。


#include <cstdio>
#include <cstring>
#define MAXN 5500
struct Edges
{
    int to, next;
} edges[MAXN * 8];
int Map[105][105], head[MAXN], p[MAXN], vis[MAXN], N, cnt_edge;
inline int add(int from, int to)
{
    edges[++cnt_edge].next = head[from];
    head[from] = cnt_edge;
    edges[cnt_edge].to = to;
}
inline int trans(int i, int j, int n) //把坐标转化为编号
{
    return ((i - 1) * n + j + 1) / 2;
}
bool match(int i)
{
    for (int e = head[i]; e; e = edges[e].next)
    {
        int j = edges[e].to;
        if (!vis[j])
        {
            vis[j] = true;
            if (p[j] == 0 || match(p[j]))
            {
                p[j] = i;
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}
int Hungarian()
{
    int cnt = 0;
    for (int i = 1; i <= N; ++i)
    {
        memset(vis, 0, sizeof(vis));
        if (match(i))
            cnt++;
    }
    return cnt;
}
int main()
{
    int n, m, x, y;
    scanf("%d%d", &n, &m);
    N = (n * n + 1) / 2;
    memset(Map, -1, sizeof(Map));
    for (int i = 1; i <= n; ++i)
        for (int j = 1; j <= n; ++j)
            Map[i][j] = 0;
    for (int i = 0; i < m; ++i)
    {
        scanf("%d%d", &x, &y);
        Map[x][y] = -1;
    }
    for (int i = 1; i <= n; i++)
        for (int j = i % 2 ? 1 : 2; j <= n; j += 2)
            if (Map[i][j] == 0)
            {
                if (Map[i + 1][j] != -1)
                    add(trans(i, j, n), trans(i + 1, j, n));
                if (Map[i][j + 1] != -1)
                    add(trans(i, j, n), trans(i, j + 1, n));
                if (Map[i - 1][j] != -1)
                    add(trans(i, j, n), trans(i - 1, j, n));
                if (Map[i][j - 1] != -1)
                    add(trans(i, j, n), trans(i, j - 1, n));
            }
    printf("%d\n", Hungarian());
    return 0;
}

以上就是详解c++实现匈牙利算法的详细内容,更多关于C++匈牙利算法的资料请关注编程网其它相关文章!

--结束END--

本文标题: 详解C++实现匈牙利算法

本文链接: https://www.lsjlt.com/news/128345.html(转载时请注明来源链接)

有问题或投稿请发送至: 邮箱/279061341@qq.com    QQ/279061341

本篇文章演示代码以及资料文档资料下载

下载Word文档到电脑,方便收藏和打印~

下载Word文档
猜你喜欢
  • 详解C++实现匈牙利算法
    目录一、匈牙利算法介绍二、最大匹配问题三、最小点覆盖问题四、匈牙利算法的应用4.1、(洛谷P1129) [ZJOI2007]矩阵游戏4.2、(vijos1204) CoVH之柯南开锁...
    99+
    2024-04-02
  • C++ 匈牙利算法案例分析详解
    匈牙利算法是由匈牙利数学家Edmonds于1965年提出,因而得名。匈牙利算法是基于Hall定理中充分性证明的思想,它是部图匹配最常见的算法,该算法的核心就是寻找增广路径,它是一种用...
    99+
    2024-04-02
  • 匈牙利算法是什么
    匈牙利算法是什么,针对这个问题,这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答,希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。 1 二分图二分图:又称作二部图,是图论中的一种特殊模型。 设G=(V,E)是一个无向图,如果顶点V...
    99+
    2023-06-19
  • C++ 函数命名的匈牙利式命名法
    匈牙利式命名法是一种 c++++ 命名约定,通过使用前缀(表示类型)和后缀(表示用途)来指定变量、函数和类型的类型信息。其优点包括可读性强、易于调试和维护。但缺点在于冗长、视觉杂乱和可能...
    99+
    2024-04-25
    c++ 匈牙利命名法 代码可读性
  • 匈牙利表示法在 C++ 函数命名中的利弊分析
    匈牙利表示法是一种 c++++ 函数命名约定,通过前缀指示数据类型,提高可读性、减少错误、增强维护性,但会延长函数名称、增加维护难度,可能与某些风格指南冲突。 匈牙利表示法:C++ 函...
    99+
    2024-05-03
    c++ 函数命名 匈牙利表示法
  • C++ 函数命名:匈牙利表示法与命名规范的比较
    c++++ 函数命名惯例对比:匈牙利表示法和命名规范。匈牙利表示法通过变量名前缀表示类型,增强可读性但冗长;命名规范使用更简洁的名称,提高可读性。匈牙利表示法强制执行类型检查,提高维护性...
    99+
    2024-05-04
    命名规范 匈牙利表示法 c++
  • Java利用位运算实现乘法运算详解
    目录前言正文十进制相乘二进制相乘思路分析代码实现总结前言 在上一篇中,我们介绍了使用位运算实现加法和减法运算,接下来本文主要介绍如何用位运算实现乘法运算,在实现乘法时要用位运算实现,...
    99+
    2023-05-15
    Java位运算实现乘法运算 Java位运算 乘法运算 Java位运算
  • 详解C++实现拓扑排序算法
    目录一、拓扑排序的介绍二、拓扑排序的实现步骤三、拓扑排序示例手动实现四、拓扑排序的代码实现五、完整的代码和输出展示一、拓扑排序的介绍 拓扑排序对应施工的流程图具有特别重要的作用,它可...
    99+
    2024-04-02
  • C#利用异或算法实现加密解密
    目录实践过程效果代码实践过程 效果 代码 public partial class Form1 : Form { public Form1() { ...
    99+
    2023-01-03
    C#异或算法实现加密解密 C# 异或算法 C# 加密解密
  • 详解C++实现链表的排序算法
    目录一、链表排序二、另外一种链表排序方式三、比较两种排序的效率四、下面通过交换结点实现链表的排序一、链表排序 最简单、直接的方式(直接采用冒泡或者选择排序,而且不是交换结点,只交换数...
    99+
    2024-04-02
  • 详解C/C++高精度算法的简单实现
    目录前言一、基本原理二、辅助方法1、字符串转高精度2、整型转高精度3、比较4、打印三、算法实现1、加法2、减法3、乘法4、除法四、使用示例1、加法2、减法3、乘法4、除法总结前言 由...
    99+
    2022-12-15
    C++实现高精度算法 C++高精度算法 C语言 高精度算法
  • 详解Dijkstra算法原理及其C++实现
    目录什么是最短路径问题Dijkstra算法实现思路案例分析代码实现什么是最短路径问题 如果从图中某一顶点(称为源点)到达另一顶点(称为终点)的路径可能不止一条,如何找到一条路径使得沿...
    99+
    2024-04-02
  • C语言实现BF算法案例详解
    BF算法:        BF算法即暴风算法,是普通的模式匹配算法。BF算法的思想:将目标串S的第一个字符与模式串T的第一个字符进行匹配,若相...
    99+
    2024-04-02
  • C++实现贪心算法的示例详解
    目录区间问题区间选点最大不相交区间数量区间分组区间覆盖Huffman树合并果子排序不等式排队打水绝对值不等式货舱选址区间问题 区间选点 给定 N 个闭区间 [ai,bi],请你在数轴...
    99+
    2024-04-02
  • C++实现算法两个数字相加详解
    Add Two Numbers 两个数字相加 You have two numbers represented by a linked list, where each n...
    99+
    2024-04-02
  • Java利用位运算实现加减运算详解
    目录前言思路分析示例位运算进位初步结果去除加号整体思路加法代码实现减法实现减法分析减法代码实现总结前言 本文主要介绍如何使用位运算来实现加减功能,也就是在整个运算过程中不能出现加减符...
    99+
    2022-12-31
    Java位运算实现加减运算 Java 加减运算 Java位运算
  • Python实现KPM算法详解
    目录知识点说明:一、要获取KPM算法的next[]数组二、KMP函数知识点说明: 先说前缀,和后缀吧 比如有一个串:abab 则在下标为3处的(前缀和后缀都要比下标出的长度小1,此处...
    99+
    2024-04-02
  • 超详细解析C++实现归并排序算法
    目录一、前言分治算法分治算法解题方法二、归并排序1.问题分析2.算法设计3.算法分析三、AC代码一、前言 分治算法 归并排序,其实就是一种分治算法 ,那么在了解归并排序之前,我们先来...
    99+
    2024-04-02
  • C++ opencv利用grabCut算法实现抠图示例
    目录前言一、grabCut函数二、compare函数三、代码前言 grabCut算法利用了图像中的纹理(颜色)信息和边界(反差)信息,只用少量的用户交互操作,即可得到比较好的分割结果...
    99+
    2024-04-02
  • 利用C++实现⾃然连接操作算法
    目录1. 实验目的2. 实验内容3. 实验结果1. 实验目的 本次实验三需要完成的内容为实现然连接(natural join)操作算法,对两个关系进然连接,具体实现基于块的嵌套循环连...
    99+
    2022-11-13
    C++实现⾃然连接操作算法 C++连接操作算法
软考高级职称资格查询
编程网,编程工程师的家园,是目前国内优秀的开源技术社区之一,形成了由开源软件库、代码分享、资讯、协作翻译、讨论区和博客等几大频道内容,为IT开发者提供了一个发现、使用、并交流开源技术的平台。
  • 官方手机版

  • 微信公众号

  • 商务合作