信奥赛C++提高组csp-s之倍增算法思想及应用案例(3)-程序员充电站

信奥赛C++提高组csp-s之倍增算法思想及应用案例(3)

题目描述

小 A 的工作不仅繁琐，更有苛刻的规定，要求小 A 每天早上在6 : 00 6:006:00之前到达公司，否则这个月工资清零。可是小 A 偏偏又有赖床的坏毛病。于是为了保住自己的工资，小 A 买了一个空间跑路器，每秒钟可以跑2 k 2^k2k千米（k kk是任意自然数）。当然，这个机器是用longint存的，所以总跑路长度不能超过maxlongint千米。小 A 的家到公司的路可以看做一个有向图，小 A 家为点1 11，公司为点n nn，每条边长度均为一千米。小 A 想每天能醒地尽量晚，所以让你帮他算算，他最少需要几秒才能到公司。数据保证1 11到n nn至少有一条路径。

输入格式

第一行两个整数n , m n,mn,m，表示点的个数和边的个数。

接下来m mm行每行两个数字u , v u,vu,v，表示一条u uu到v vv的边。

输出格式

一行一个数字，表示到公司的最少秒数。

输入输出样例 #1

输入 #1

4 4 1 1 1 2 2 3 3 4

输出 #1

说明/提示

【样例解释】

1 → 1 → 2 → 3 → 4 1 \to 1 \to 2 \to 3 \to 41→1→2→3→4，总路径长度为4 44千米，直接使用一次跑路器即可。

【数据范围】

50 % 50\%50%的数据满足最优解路径长度≤ 1000 \leq 1000≤1000；

100 % 100\%100%的数据满足2 ≤ n ≤ 50 2\leq n \leq 502≤n≤50，m ≤ 10 4 m \leq 10 ^ 4m≤104，最优解路径长度≤ \leq≤maxlongint。

AC代码

#include<bits/stdc++.h>usingnamespacestd;constintN=60;// 最大节点数constintLOG=62;// 最大对数，2^62足够大intn,m;boolg[N][N][LOG];// g[i][j][k] 表示是否存在从i到j长度为2^k的路径intd[N][N];// d[i][j] 表示从i到j的最短时间（秒数）intmain(){cin>>n>>m;// 初始化memset(g,false,sizeof(g));memset(d,0x3f,sizeof(d));// 初始化为无穷大// 读入边信息for(inti=1;i<=m;i++){intu,v;cin>>u>>v;g[u][v][0]=true;// 基础边，长度为2^0=1d[u][v]=1;// 直接边需要1秒}// 倍增预处理：计算所有2^k可达性for(intk=1;k<LOG;k++){// 处理2^k长度for(intt=1;t<=n;t++){// 中间点for(inti=1;i<=n;i++){// 起点for(intj=1;j<=n;j++){// 终点// 如果存在i->t的2^(k-1)路径和t->j的2^(k-1)路径// 那么存在i->j的2^k路径if(g[i][t][k-1]&&g[t][j][k-1]){g[i][j][k]=true;d[i][j]=1;// 2^k路径只需要1秒}}}}}// Floyd算法计算最短时间for(intk=1;k<=n;k++){// 中间点for(inti=1;i<=n;i++){// 起点for(intj=1;j<=n;j++){// 终点// 更新最短时间d[i][j]=min(d[i][j],d[i][k]+d[k][j]);}}}cout<<d[1][n]<<endl;// 输出从1到n的最短时间return0;}

功能分析

问题理解

跑路器特性：每秒可以跑2 k 2^k2k千米（k kk是任意自然数）
图结构：有向图，每条边长度为1千米
目标：计算从节点1到节点n的最少秒数

算法思想

倍增预处理：
- g[i][j][k] = true表示存在从i到j长度为2 k 2^k2k的路径
- 通过动态规划计算：如果存在i→t的2 k − 1 2^{k-1}2k−1路径和t→j的2 k − 1 2^{k-1}2k−1路径，那么存在i→j的2 k 2^k2k路径
- 对于这样的路径，设置d[i][j] = 1（因为一次跑路器就能走完）
Floyd算法：
- 在预处理的基础上，计算任意两点间的最短时间
- 考虑通过中间点的路径组合，找到真正的最短时间

关键点说明

为什么需要两步处理：
- 第一步找出所有可以用1秒到达的点对（距离为2的幂次）
- 第二步组合这些1秒路径，找到最优的路径序列
时间复杂度：
- 倍增预处理：O(n³ × LOG)
- Floyd算法：O(n³)
- 由于n≤50，这在可接受范围内

示例解释

对于样例：

4 4 1 1 1 2 2 3 3 4

存在路径1→1→2→3→4，总长度4千米
4是2的幂次（4=2²），所以一次跑路器即可
输出1

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