【图论 搜索】bzoj1064: [Noi2008]假面舞会

做到最后发现还是读题比赛；不过还是很好的图论题的

Description

一年一度的假面舞会又开始了，栋栋也兴致勃勃的参加了今年的舞会。今年的面具都是主办方特别定制的。每个参加舞会的人都可以在入场时选择一 个自己喜欢的面具。每个面具都有一个编号，主办方会把此编号告诉拿该面具的人。为了使舞会更有神秘感，主办方把面具分为k (k≥3)类，并使用特殊的技术将每个面具的编号标在了面具上，只有戴第i 类面具的人才能看到戴第i+1 类面具的人的编号，戴第k 类面具的人能看到戴第1 类面具的人的编号。 参加舞会的人并不知道有多少类面具，但是栋栋对此却特别好奇，他想自己算出有多少类面具，于是他开始在人群中收集信息。 栋栋收集的信息都是戴第几号面具的人看到了第几号面具的编号。如戴第2号面具的人看到了第5 号面具的编号。栋栋自己也会看到一些编号，他也会根据自己的面具编号把信息补充进去。由于并不是每个人都能记住自己所看到的全部编号，因此，栋栋收集的信 息不能保证其完整性。现在请你计算，按照栋栋目前得到的信息，至多和至少有多少类面具。由于主办方已经声明了k≥3，所以你必须将这条信息也考虑进去。

Input

第一行包含两个整数n, m，用一个空格分隔，n 表示主办方总共准备了多少个面具，m 表示栋栋收集了多少条信息。接下来m 行，每行为两个用空格分开的整数a, b，表示戴第a 号面具的人看到了第b 号面具的编号。相同的数对a, b 在输入文件中可能出现多次。

Output

包含两个数，第一个数为最大可能的面具类数，第二个数为最小可能的面具类数。如果无法将所有的面具分为至少3 类，使得这些信息都满足，则认为栋栋收集的信息有错误，输出两个-1。

Sample Input

【输入样例一】
6 5
1 2
2 3
3 4
4 1
3 5
【输入样例二】
3 3
1 2
2 1
2 3

Sample Output

【输出样例一】
4 4

【输出样例二】
-1 -1

HINT

100%的数据，满足n ≤ 100000, m ≤ 1000000。

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题目分析

naive

首先会有一个很naive的想法：

对于无环的图找最大值：拓扑地从1开始标号dfs做下去，中途检查边$(u,v)$，若$v$已经被标号且$col_v≠col_u+1$，就是不合法的，随即输出"-1  -1"。

讲上去求的是最大值所以看上去很对劲是吧？

但是遇上这么一个环呢？7之后连的是2，所以判成无解。但是然而实际上$k=3$是成立的。

也就是说，简单地考虑“环缩点”或者“直接染色”是行不通的。

实际做法

学了tarjan之后不要在找环只想到tarjan！

这个问题其实建个反向边之后，可以分为两类：

1. 有环的
2. 没环的

没环的情况：树是很简单的，最大值就是所有树的最长链总和，最小值一定是3。

有环的情况：

DFS听上去很基础吧，但是切不要以为基础的东西就没什么用处。

这里依靠DFS找出每一个环的长度，并且注意到最大答案就是所有环长度的gcd。只要最终的$gcd≥3$，结合没环情况的下界可知环外其他树对答案不造成影响。

可能会想到环套环的情况。不过首先这个DFS要永久标记访问，复杂度是$O(n)$的，不会被卡；其次我们求的是环长度的gcd，并且如果答案合法，大环长度一定是小环的倍数，所以即便大环套在小环外，也不影响最终答案。

大致思路就是这样。

细节注意树的情况，最大值是所有树的最长链总和！

 #include<bits/stdc++.h>
 const int maxn = ;
 const int maxm = ;

 struct node
 {
     int id;
     std::vector<int> norEdge,difEdge;
 }a[maxn];
 int n,m,cnt,mn,mx,chain,ans;
 bool vis[maxn];
 std::pair<int, int> edges[maxm];

 int read()
 {
     char ch = getchar();
     int num = ;
     bool fl = ;
     for (; !isdigit(ch); ch = getchar())
         if (ch=='-') fl = ;
     for (; isdigit(ch); ch = getchar())
         num = (num<<)+(num<<)+ch-;
     if (fl) num = -num;
     return num;
 }
 int gcd(int x, int y){return !y?x:gcd(y, x%y);}
 void addedge(int x)
 {
     int u = edges[x].first, v = edges[x].second;
     a[u].norEdge.push_back(v), a[v].difEdge.push_back(u);
 }
 void dfs(int x, int lb)
 {
     if (vis[x]){
         ans = gcd(ans, abs(a[x].id-lb));　　　　//找到一个环了
         return;
     }
     a[x].id = lb, vis[x] = ;
     mn = std::min(mn, lb), mx = std::max(mx, lb);
     int sa = a[x].norEdge.size(), sb = a[x].difEdge.size();
     for (int i=; i<sa; i++)
         dfs(a[x].norEdge[i], lb+);　　　　　　//正向边
     for (int i=; i<sb; i++)
         dfs(a[x].difEdge[i], lb-);　　　　　　//反向边
     return;
 }
 int main()
 {
     // freopen("testdata.in","r",stdin);
     n = read(), m = read();
     for (int i=; i<=m; i++)
         edges[i].first = read(), edges[i].second = read();
     std::sort(edges+, edges+m+);　　　　　　//用pair存边方便去重
     addedge();
     for (int i=; i<=m; i++)
         if (edges[i]!=edges[i-])
             addedge(i);
     for (int i=; i<=n; i++)
         if (!vis[i]){　　　　//由于建了双向边，故不用考虑拓扑序
             dfs(i, );
             chain += mx-mn+;
             mn = mx = ;
         }
     if (ans >= ){　　　　//如果有环并且合法
         for (int i=; i<=ans/; i++)
             if (ans%i==){
                 printf("%d %d\n",ans,i);　　//找最小的答案——求最小约数
                 return ;
             }
         printf("%d %d\n",ans,ans);　　　　　 //最小答案还是ans
         return ;
     }
     if (!ans&&chain>=){
         printf("%d %d\n",chain,);
         return ;
     }　　　　　　　　　　//否则不合法，ans=1
     printf("-1 -1\n");
     return ;
 }

END