【BZOJ-3143】游走高斯消元 + 概率期望

3143: [Hnoi2013]游走

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Description

一个无向连通图，顶点从1编号到N，边从1编号到M。
小Z在该图上进行随机游走，初始时小Z在1号顶点，每一步小Z以相等的概率随机选择当前顶点的某条边，沿着这条边走到下一个顶点，获得等于这条边的编号的分数。当小Z 到达N号顶点时游走结束，总分为所有获得的分数之和。
现在，请你对这M条边进行编号，使得小Z获得的总分的期望值最小。

Input

第一行是正整数N和M，分别表示该图的顶点数和边数，接下来M行每行是整数u，v(1≤u,v≤N)，表示顶点u与顶点v之间存在一条边。输入保证30%的数据满足N≤10，100%的数据满足2≤N≤500且是一个无向简单连通图。

Output

仅包含一个实数，表示最小的期望值，保留3位小数。

Sample Input

3 3
2 3
1 2
1 3

Sample Output

3.333

HINT

边(1,2)编号为1，边(1,3)编号2，边(2,3)编号为3。

Source

非官方数据

Solution

和博物馆那道题类似，列期望方程高斯消元得解。

如果对边进行处理，复杂度是$O((N^{2})^{3})$的，所以考虑利用点来求解边。

设未知数$X_{i}$表示第$i$号点的期望经过次数。那么显然有$X_{i}=\sum X_{j}$这样就可以列方程了。

显然有两个特例，必然从$1$号点出发，所以$X_{1}-1=\sum X_{j}$，以及必然从$N$号点结束，所以$X_{N}=0$，其余的可以得解。

对于一条边$<u,v>$，经过这条边的期望次数就是$\frac {X_{u}} {d[u]}+\frac {X_{v}}{d[v]}$，总期望最小，就是期望次数越小的边标号越大即可。

Code

#include<iostream>

#include<cstdio>

#include<cstring>

#include<algorithm>

#include<cmath>

using namespace std;

inline int read()

{

    int x=,f=; char ch=getchar();

    while (ch<'' || ch>'') {if (ch=='-') f=-; ch=getchar();}

    while (ch>='' && ch<='') {x=x*+ch-''; ch=getchar();}

    return x*f;

}

#define MAXN 550

#define eps 1e-5

int N,M,mp[MAXN][MAXN],flag,d[MAXN];

double a[MAXN][MAXN],X[MAXN],p[MAXN*MAXN],ans;

inline void Debug()

{

    puts("=========");

    for (int i=; i<=N; i++,puts(""))

        for (int j=; j<=N+; j++) printf("%.2lf ",a[i][j]);

    puts("");

}

inline void Gauss()

{

    flag=;

    for (int i=; i<=N; i++)

        {

            int mx=i;

            for (int j=i+; j<=N; j++)

                if (abs(a[j][i])>abs(a[mx][i])) mx=j;

            swap(a[i],a[mx]);

            if (abs(a[i][i])<eps) {flag=-; continue;}

            for (int j=i+; j<=N+; j++) if (abs(a[i][j])>) a[i][j]/=a[i][i];

            a[i][i]=1.0;

            for (int j=i+; j<=N; j++)

                {

                    for (int k=i+; k<=N+; k++)

                        a[j][k]-=a[j][i]*a[i][k];

                    a[j][i]=0.0;

                }

//            Debug();

        }

    for (int i=,f=; i<=N; i++,f=)

        {

            for (int j=; j<=N && f; j++)

                if (abs(a[i][j])>eps) f=;

            if (abs(a[i][M+])>eps && f) flag=;

        }

    if (flag==) return;

    for (int i=N; i>=; i--)

        {

            X[i]=a[i][N+];

            for (int j=i+; j<=N; j++) X[i]-=X[j]*a[i][j];

        }

}

int main()

{

    N=read(),M=read();

    for (int i=,x,y; i<=M; i++) x=read(),y=read(),mp[x][y]=mp[y][x]=,d[x]++,d[y]++;

    for (int i=; i<=N-; i++)

        for (int j=; j<=N-; j++)

            if (mp[i][j]) a[i][j]=-1.0/d[j];

    a[][N+]=1.0;

    for (int i=; i<=N; i++) a[i][i]=1.0;

//  Debug();

    Gauss();

    for (int i=,tot=; i<=N; i++)

        for (int j=i+; j<=N; j++)

            if (mp[i][j]) p[++tot]=X[i]/d[i]+X[j]/d[j];

    sort(p+,p+M+);

//  for (int i=1; i<=M; i++) printf("%.2lf  ",p[i]); puts("");

    for (int i=; i<=M; i++) ans+=p[i]*(M-i+);

    printf("%.3lf\n",ans);

    return ;

}