UVa 124 Following Orders-程序员充电站

题目描述

给定一组形式为x < y x < yx<y的变量约束条件，要求输出所有满足这些约束条件的变量排列。变量均为单个小写字母，每个测试用例包含至少2 22个、至多20 2020个变量，以及至少1 11个、至多50 5050个约束条件。满足条件的排列数量在1 11到300 300300之间。输入以文件结束（EOF \texttt{EOF}EOF）终止，每个测试用例的输出之间用空行分隔，排列需按字典序（字母序）输出。

输入格式

每个测试用例由两行组成：

第一行：变量列表（字符间用空格分隔）
第二行：约束条件列表，每对x y x \\ yxy表示x < y x < yx<y

输出格式

每个测试用例输出所有满足约束的排列，每行一个，按字典序排列。不同测试用例的输出之间用一个空行分隔。

样例输入

a b f g a b b f w u x y z v y x v z v w v

样例输出

abfg abgf agbf gabf wzxyy wzxyy xwzyy xzwyy zuxvy zxwy

题目分析

本题本质上是拓扑排序的枚举问题：给定一个有向图（变量为节点，约束x < y x < yx<y为有向边x → y x \to yx→y），要求输出所有可能的拓扑序列，且按字典序输出。

由于变量数量最多为20 2020，约束最多为50 5050，可能的排列数不超过300 300300，因此我们可以采用回溯法（Backtracking \texttt{Backtracking}Backtracking）结合剪枝来生成所有满足条件的排列。

核心思路

建模：
- 将变量视为图中的节点。
- 每个约束x < y x < yx<y对应一条从x xx指向y yy的有向边。
- 我们需要输出所有拓扑排序（即满足所有约束的线性顺序）。
算法选择：
- 使用深度优先搜索（DFS \texttt{DFS}DFS）回溯生成排列。
- 在生成排列的过程中，检查当前部分排列是否违反约束，若违反则提前剪枝。
- 为了按字典序输出，首先对变量列表进行排序，然后在回溯时按顺序尝试变量。
剪枝策略：
- 记录每个变量在已生成排列中的位置。
- 每添加一个变量，检查所有约束条件：如果某个约束x < y x < yx<y中x xx和y yy都已出现在排列中，且x xx的位置大于等于y yy的位置，则当前排列无效，回溯。
- 这样可以在早期排除无效分支，减少搜索空间。
时间复杂度：
- 最坏情况下需要生成所有拓扑排序，数量不超过300 300300，回溯搜索的剪枝效果较好，实际运行效率可以接受。

解题步骤

读取变量列表，排序以保证输出字典序。
读取约束条件，存储为边的列表。
初始化访问标记数组visited \texttt{visited}visited和位置数组value \texttt{value}value。
从第一个位置开始回溯生成排列：
- 若当前排列长度达到n nn，输出。
- 否则，按变量顺序尝试每个未使用的变量，放入当前位。
- 更新位置信息，检查约束是否满足。
- 递归下一层，回溯时恢复状态。
每个测试用例输出后打印空行（最后一个除外）。

代码实现

// Following Orders// UVa ID: 124// Verdict: Accepted// Submission Date: 2015-11-27// UVa Run Time: 0.000s//// 版权所有（C）2015，邱秋。metaphysis # yeah dot net#include<bits/stdc++.h>usingnamespacestd;#defineMAXN20boolvisited[MAXN];intnChar,value[2*MAXN],nLimit;charoutput[MAXN],input[MAXN],limit[MAXN][2];voidprint(){for(inti=0;i<nChar;i++)cout<<output[i];cout<<endl;}boolisValid(){for(inti=0;i<nLimit;i++)if(value[limit[i][0]-'a']>=0&&value[limit[i][1]-'a']>=0&&value[limit[i][0]-'a']>value[limit[i][1]-'a'])returnfalse;returntrue;}voidlexicographical(intcurrent){if(current>=2&&!isValid())return;if(current==nChar){print();return;}for(inti=0;i<nChar;i++)if(!visited[i]){visited[i]=true;output[current]=input[i];value[input[i]-'a']=current;lexicographical(current+1);value[input[i]-'a']=-1;visited[i]=false;}}boolcmp(chara,charb){returna<b;}intmain(intac,char*av[]){string line;intcases=0;while(getline(cin,line),line.length()>0){// 输出间隔空行。if(cases>0)cout<<endl;// 读取字符，初始化相关变量。istringstreamfirst(line);nChar=0;while(first>>input[nChar]){output[nChar]=0;visited[nChar]=false;nChar++;}for(inti=0;i<2*MAXN;i++)value[i]=-1;sort(input,input+nChar,cmp);// 读取限制。nLimit=0;getline(cin,line);istringstreamnext(line);while(next>>limit[nLimit][0])next>>limit[nLimit++][1];// 使用回溯生成字典序排列然后检查是否符合限制条件。lexicographical(0);cases++;}return0;}