POJ--3164--Command Network【朱刘算法】最小树形图

链接：http://poj.org/problem?id=3164

题意：告诉n个点坐标，m条边表示两个点之间有路。从1点開始建立一个有向图最小生成树。

朱刘算法模板题

========================== 切割线之下摘自

user_id=Sasuke_SCUT" style="color:rgb(202,0,0); text-decoration:none; font-family:Arial; font-size:14px; line-height:26px">Sasuke_SCUT的blog==================================================

最 小树形图，就是给有向带权图中指定一个特殊的点root，求一棵以root为根的有向生成树T。而且T中全部边的总权值最小。最小树形图的第一个算法是 1965年朱永津和刘振宏提出的复杂度为O(VE)的算法。

推断是否存在树形图的方法非常easy，仅仅须要以v为根作一次图的遍历就能够了，所以以下的 算法中不再考虑树形图不存在的情况。

在全部操作開始之前，我们须要把图中全部的自环全都清除。非常明显，自环是不可能在不论什么一个树形图上的。仅仅有进 行了这步操作，总算法复杂度才真正能保证是O(VE)。

首先为除根之外的每一个点选定一条入边，这条入边一定要是全部入边中最小的。

如今全部的最小 入边都选择出来了。假设这个入边集不存在有向环的话，我们能够证明这个集合就是该图的最小树形图。这个证明并非非常难。假设存在有向环的话，我们就要将这 个有向环所称一个人工顶点。同一时候改变图中边的权。假设某点u在该环上。并设这个环中指向u的边权是in[u]。那么对于每条从u出发的边(u, i, w)，在新图中连接(new, i, w)的边，当中new为新加的人工顶点; 对于每条进入u的边(i, u, w)，在新图中建立边(i, new, w-in[u])的边。为什么入边的权要减去in[u]，这个后面会解释。在这里先给出算法的步骤。然后能够证明，新图中最小树形图的权加上旧图中被收缩 的那个环的权和，就是原图中最小树形图的权。

上面结论也不做证明了。如今根据上面的结论，说明一下为什么出边的权不变，入边的权要减去in [u]。对于新图中的最小树形图T，设指向人工节点的边为e。

将人工节点展开以后，e指向了一个环。

如果原先e是指向u的，这个时候我们将环上指向u的边 in[u]删除，这样就得到了原图中的一个树形图。我们会发现，如果新图中e的权w'(e)是原图中e的权w(e)减去in[u]权的话，那么在我们删除 掉in[u]，而且将e恢复为原图状态的时候，这个树形图的权仍然是新图树形图的权加环的权，而这个权值正是最小树形图的权值。所以在展开节点之后，我们 得到的仍然是最小树形图。

逐步展开全部的人工节点，就会得到初始图的最小树形图了。

假设实现得非常聪明的话。能够达到找最小入边O(E)，找环 O(V)，收缩O(E)。当中在找环O(V)这里须要一点技巧。这样每次收缩的复杂度是O(E)，然后最多会收缩几次呢？因为我们一開始已经拿掉了全部的 自环，我门能够知道每一个环至少包括2个点。收缩成1个点之后。总点数降低了至少1。

当整个图收缩到仅仅有1个点的时候，最小树形图就不不用求了。所以我们最 多仅仅会进行V-1次的收缩。所以总得复杂度自然是O(VE)了。由此可见。假设一開始不除去自环的话。理论复杂度会和自环的数目有关。

======================== 切割线之上摘自

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简单的说就是除源点外每一个点选一条权值最小的入边，假设存在环则说明还存在多余的边，把成环的点缩成一个点再进行一遍生成树，直到没有环。

朱刘算法模板，顶点下标从0開始

/*
最小树形图图模版-朱刘算法
模版说明：点标号必须0-(N-1)
		 必须去除到自身的点（到自身的边的边权赋无限大）
*/
#include<cstring>
#include<string>
#include<fstream>
#include<iostream>
#include<iomanip>
#include<cstdio>
#include<cctype>
#include<algorithm>
#include<queue>
#include<map>
#include<set>
#include<vector>
#include<stack>
#include<ctime>
#include<cstdlib>
#include<functional>
#include<cmath>
using namespace std;
#define PI acos(-1.0)
#define MAXN 50100
#define eps 1e-7
#define INF 0x7FFFFFFF
#define seed 131
#define mod 1000000007
#define ll long long
#define ull unsigned ll
#define lson l,m,rt<<1
#define rson m+1,r,rt<<1|1

struct node{
    int u,v;
    double dis;
}edge[10100];
int pre[110],ID[110],vis[110];
int n,m;
int x[110],y[110];
double In[110];
double Directed_MST(int root,int NV,int NE) {
	double ret = 0;
	while(true) {
		//1.找最小入边
		for(int i=0;i<NV;i++) In[i] = INF;
		for(int i=0;i<NE;i++){
			int u = edge[i].u;
			int v = edge[i].v;
			if(edge[i].dis < In[v] && u != v) {
				pre[v] = u;
				In[v] = edge[i].dis;
			}
		}
		for(int i=0;i<NV;i++) {
			if(i == root) continue;
			if(In[i] == INF)	return -1;//除了根以外有点没有入边,则根无法到达它
		}
		//2.找环
		int cntnode = 0;
        memset(ID,-1,sizeof(ID));
        memset(vis,-1,sizeof(vis));
		In[root] = 0;
		for(int i=0;i<NV;i++) {//标记每一个环
			ret += In[i];
			int v = i;
			while(vis[v] != i && ID[v] == -1 && v != root) {
				vis[v] = i;
				v = pre[v];
			}
			if(v != root && ID[v] == -1) {
				for(int u = pre[v] ; u != v ; u = pre[u]) {
					ID[u] = cntnode;
				}
				ID[v] = cntnode ++;
			}
		}
		if(cntnode == 0)	break;//无环
		for(int i=0;i<NV;i++) if(ID[i] == -1) {
			ID[i] = cntnode ++;
		}
		//3.缩点,又一次标记
		for(int i=0;i<NE;i++) {
			int v = edge[i].v;
			edge[i].u = ID[edge[i].u];
			edge[i].v = ID[edge[i].v];
			if(edge[i].u != edge[i].v) {
				edge[i].dis -= In[v];
			}
		}
		NV = cntnode;
		root = ID[root];
	}
	return ret;
}
int main(){
    int i,j,a,b;
    double temp;
    while(scanf("%d%d",&n,&m)!=EOF){
        for(i=1;i<=n;i++){
            scanf("%d%d",&x[i],&y[i]);
        }
        for(i=0;i<m;i++){
            scanf("%d%d",&a,&b);
            edge[i].u = a - 1;
            edge[i].v = b - 1;
            if(a==b)    edge[i].dis = INF;
            else{
                temp = (x[a]-x[b])*(x[a]-x[b])+(y[a]-y[b])*(y[a]-y[b]);
                temp = sqrt(temp);
                edge[i].dis = temp;
            }
        }
        double ans = Directed_MST(0,n,m);
        if(ans==-1) puts("poor snoopy");
        else    printf("%.2lf\n",ans);
    }
    return 0;
}