UVA 1599 Ideal Path（双向bfs+字典序+非简单图的最短路+队列判重）

https://vjudge.net/problem/UVA-1599

给一个n个点m条边(2<=n<=100000,1<=m<=200000)的无向图，每条边上都涂有一种颜色。求从结点1到结点n的一条路径，使得经过的边数尽量少，在此前提下，经过边的颜色序列的字典序最小。一对结点可能有多条边，一条边可能连接相同的结点（自环）。输入保证结点1可以到达结点n。颜色是1~10^9的整数。

分析：

1. 从题目中我们可以看出，题目中的无向图是可以出现自环和重边的，自环我们可以在输入的时候检查并排除，但是重边我们需要保留，并从中选择颜色最小的边。
2. 题目的数据量很大，不可能采用邻接矩阵存储图，因此应采用邻接表，且邻接表便于进行bfs
3. 路径的颜色不代表路径的权重，本题中路径是无权的

思路：

从终点开始倒着bfs一次，得到每个点到终点的距离，然后从起点开始，按照每次距离减1的方法寻找接下来的点的编号。按照颜色最小的走，如果有多个颜色最小，则都拉入队列中，将最小的颜色记录在res数组中。

其中，index=d[0]-d[u]就得到了当前u节点对应的距离，也就是步骤数。

细节：

1. 已经进入队列的节点不能重复入队，否则复杂度太高，会tle（重复入队的复杂度至少是O(n^2),在n=100000的情况下直接tle）
2. 第一次bfs和第二次bfs的终止时机不同，第一次找到起点就终止，第二次则是从队列中取出节点时才能终止，为的是遍历完所有导向终点且路径长度一致的边，只有这样才能结果正确
3. d数组记录每个节点到终点n的距离，不能用0进行初始化，而终点处的初始化必须是0
4. d数组不能不初始化，否则对于多输入题目，前面的输入可能影响后面的输出

     1 #include <iostream>
     2 #include <algorithm>
     3 #include <string>
     4 #include <sstream>
     5 #include <set>
     6 #include <vector>
     7 #include <stack>
     8 #include <map>
     9 #include <queue>
    10 #include <deque>
    11 #include <cstdlib>
    12 #include <cstdio>
    13 #include <cstring>
    14 #include <cmath>
    15 #include <ctime>
    16 #include <functional>
    17 using namespace std;
    18
    19 #define maxn 100000
    20 #define inf 0x7fffffff
    21
    22 typedef struct ver
    23 {
    24     int num, color; //边的另一端的结点编号 和 颜色
    25     ver(int n, int c) : num(n), color(c) {}
    26 } Ver;
    27
    28 int n, m, a, b, c;
    29 int d[maxn], res[maxn];        //d记录每个点到终点的最短距离 res记录最短路的颜色
    30 bool vis[maxn], inqueue[maxn]; //vis每个结点是否被访问过 inqueue标记结点是否加入了队列，防止重复加入
    31 vector<Ver> edge[maxn];        //邻接表记录图
    32
    33 void bfs(int start, int end)
    34 {
    35     memset(inqueue, 0, n);
    36     memset(vis, 0, n);
    37     int u, v, c;
    38     queue<int> q;
    39     q.push(start);
    40     if (start == 0) //用于正向BFS
    41     {
    42         memset(res, 0, sizeof(int) * n);
    43         while (!q.empty())
    44         {
    45             u = q.front();
    46             q.pop();
    47             vis[u] = 1;
    48             if (u == n - 1)
    49                 return;
    50             int minc = inf, len = edge[u].size();
    51             for (int i = 0; i < len; i++)
    52                 if (!vis[v = edge[u][i].num] && d[u] - 1 == d[v])
    53                     minc = min(edge[u][i].color, minc); //获取所有路径中最小的颜色
    54             for (int i = 0; i < len; i++)
    55                 if (!vis[v = edge[u][i].num] && d[u] - 1 == d[v] && edge[u][i].color == minc && !inqueue[v])
    56                     q.push(v), inqueue[v] = 1; //若有多组颜色相同且未入队，则将其入队
    57             int index = d[0] - d[u];           //获得当前步数对应的下标
    58             if (res[index] == 0)
    59                 res[index] = minc;
    60             else
    61                 res[index] = min(res[index], minc); //获取最小颜色
    62         }
    63     }
    64     else
    65         while (!q.empty()) //用于反向DFS 构建层次图，找最短路
    66         {
    67             u = q.front();
    68             q.pop();
    69             vis[u] = 1;
    70             for (int i = 0, len = edge[u].size(); i < len; i++)
    71                 if (!vis[v = edge[u][i].num] && !inqueue[v])
    72                 {
    73                     d[v] = d[u] + 1; //一定是头一次入队，这通过inqueue保证
    74                     if (v == 0)
    75                         return;     //找到起点退出
    76                     q.push(v);      //如果不是起点，就把这个点入队
    77                     inqueue[v] = 1; //入队标记
    78                 }
    79         }
    80 }
    81
    82 int main()
    83 {
    84     while (scanf("%d%d", &n, &m) == 2)
    85     {
    86         for (int i = 0; i < n; i++)
    87             edge[i].clear();
    88         memset(d, -1, sizeof(int) * n);
    89         d[n - 1] = 0; //初始化的细节
    90         while (m--)
    91         {
    92             scanf("%d%d%d", &a, &b, &c);
    93             if (a != b) //排除自环
    94             {
    95                 edge[a - 1].push_back(ver(b - 1, c));
    96                 edge[b - 1].push_back(ver(a - 1, c));
    97             }
    98         }
    99         bfs(n - 1, 0); //先反向BFS
   100         bfs(0, n - 1); //再正向BFS
   101         printf("%d\n%d", d[0], res[0]);
   102         for (int i = 1; i < d[0]; i++)
   103             printf(" %d", res[i]);
   104         printf("\n");
   105     }
   106     return 0;
   107 }