Beyond the Void
BYVoid
POI 2001 Wandering flea trainers 跳舞蝇的教练

题上描述这种图是很特殊的,每个顶点只有一条指出去的有向边,而且一定存在一个环,哪怕是自环,从任意一个顶点出发,最终一定进入一个环。我们的任务的判断这样的两个图是否同构。

首先,这个图不一定是弱连通的,可能会有多个连通分量,我们需要考虑每个连通分量。每个连通分量中一定存在一个环,去掉环上的边以后,剩下 的是一个森林,每棵树都是内向树。实际上它是环状内向树森林。对于两个内向树,我们可以很容易地判断它们是否同构,于是我们有了解决问题的方法。

首先是两个内向树,如果它们同构,它们的括号序列一定相同,反之也成立。判断两个环状内向树森林同构,首先应该满足环的大小相同,如果两 个环的顶点数都不一样,那么它们一定不会同构。如果环大小相同,则需要枚举两个环上的对应点,然后判断以环上每个顶点为根的内向树是否都同构。用上述方法 可以判断两个连通分量是否同构,对于题中给的两个图,首先判断连通分量的个数是否相同,然后用搜索的方法确定一个对应关系,以此判断每个每对连通分量是否 同构。如果存在一种对应方案使得所有的连通分量通过,那么这两个图同构。

上述方法中,生成所有内向树括号序列需要O(N^2logN)时间(需要排序),枚举每个环的对应关系需要O(N),判断两个内向树括号 序列相同需要O(N),枚举连通分量间的对应关系由于是搜索,尽管实际搜索的很少,但是从时间复杂度上分析仍然是O(N!)。每个文件有D个测试数据,于 是总的时间复杂度是O((N^2logN+N^2*N!)*D)。但是实际上这个时间复杂度由于全部从最坏情况考虑(实际上所有最坏的情况不可能同时达 到),所以是相当悲观的估计。实际编程对于N<=2000,已经可以完全应付了。

在编程实现的时候,许多地方要用到链表,否则空间是不够用的。细节不容忽视。

关于内向树以及生成括号序列,请参看有向树与树的括号序列表示法

/* 
 * Problem: POI2001 pch
 * Author: Guo Jiabao
 * Time: 2009.2.5 14:05
 * State: Solved 
*/
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
using namespace std;
const int MAXN=4001,PERN=2000;
struct edge{int t;edge *next;};
struct sequence{int len;string s;};
struct subsq{int len;string *s;};
template <typename T> class linknode
{
	public:
		linknode *next;
		T s;
		linknode(T ts):next(0),s(ts){}
};
template <typename T> class linklist
{
	public:
		linknode<T> *f,*l;
		linklist():f(0),l(0){}
		void ins(T s)
		{
			if (l)l=l->next=new linknode<T>(s);
			else f=l=new linknode<T>(s);
		}
		void clear()
		{
			linknode<T> *a=f,*b;
			while (a){b=a;a=a->next;delete b;}
			f=l=0;
		}
};
int D,N,Ec,Bc,S1,S2;
int Bel[MAXN];//每个顶点所属连通分量
int TB[MAXN],TC; //暂存正向搜索的连通分量
linklist<int> Circle[MAXN]; //链表存储每个圈
bool inCircle[MAXN]; //记录每个节节点
bool used[MAXN]; //生成排列时DFS用到的记录数组
sequence seq[MAXN]; //每个子树的括号序列
int Cs[MAXN]; //每个圈的大小
edge E[MAXN*2];//边集的空间
edge *Ap[MAXN],*An[MAXN];//正图和逆图的邻接表
subsq S[MAXN];//暂存括号序列

void addedge(edge *&A,int t)
{
	if (A)
	{
		edge *t=A;
		A=&E[++Ec];
		A->next=t;
	}
	else
	{
		A=&E[++Ec];
		A->next=0;
	}
	E[Ec].t=t;
}

void init()
{
	int i,t;
	Ec=-1;Bc=0;
	memset(Ap,0,sizeof(Ap));
	memset(An,0,sizeof(An));
	scanf("%d",&N);
	for (i=1;i<=N;i++)
	{
		scanf("%d",&t);
		addedge(Ap[i],t);
		addedge(An[t],i);
		Bel[i]=0;
		seq[i].len=0;
		seq[i].s="";
		inCircle[i]=false;
	}
	for (i=PERN+1;i<=PERN+N;i++)
	{
		scanf("%d",&t);
		t+=PERN;
		addedge(Ap[i],t);
		addedge(An[t],i);
		Bel[i]=0;
		seq[i].len=0;
		seq[i].s="";
		inCircle[i]=false;
	}
}

void connect_dfs_n(int u) //逆向求连通分量
{
	Bel[u]=Bc;
	for (edge *k=An[u];k;k=k->next)
	{
		int v=k->t;
		if (!Bel[v])
			connect_dfs_n(v);
	}
}

int connect_dfs_p(int u) //正向求连通分量,并查找圈
{
	Bel[u]=Bc;
	TB[++TC]=u;
	int v=Ap[u]->t;
	if (!Bel[v])
	{
		int r=connect_dfs_p(v);
		if (r)
		{
			++Cs[Bc];
			Circle[Bc].ins(u);
			inCircle[u]=true;
			if (r==u)
				return 0;
			else
				return r;
		}
		else
			return 0;
	}
	else
	{
		++Cs[Bc];
		Circle[Bc].ins(u);
		inCircle[u]=true;
		if (u==v) v=0;
		return v;
	}
}

void connect(int A,int B)
{
	for (int i=A;i<=B;i++)
	{
		if (!Bel[i])
		{
			Bc++;
			Cs[Bc]=0;
			TC=0;
			connect_dfs_p(i);
			for (int j=1;j<=TC;j++)
				connect_dfs_n(TB[j]);
		}
	}
}

inline int cmp(const void *a,const void *b)
{
	return  ((subsq *)a)->s->compare(*(((subsq *)b)->s)) ;
}

void TreeSeq(int u)//求内向树序列
{
	linklist<subsq> LL;
	subsq T;
	int L=0;
	++seq[u].len;
	seq[u].s+='(';
	for (edge *k=An[u];k;k=k->next)
	{
		int v=k->t;
		if (inCircle[v]) continue;
		TreeSeq(v);
		T.s=&seq[v].s;
		T.len=seq[v].len;
		LL.ins(T);
	}
	for (linknode<subsq> *p=LL.f;p;p=p->next)
		S[++L]=p->s;
	qsort(S+1,L,sizeof(S[0]),cmp);
	for (int i=1;i<=L;i++)
	{
		seq[u].s+=*(S[i].s);
		seq[u].len+=S[i].len;
	}
	++seq[u].len;
	seq[u].s+=')';
	LL.clear();
}

bool compare(int a,int b)
{
	if (Cs[a]!=Cs[b]) return false; //圈大小不相等
	linknode<int> *k,*l,*pl;
	for (pl=Circle[b].f;pl;pl=pl->next) //枚举偏移量
	{
		l=pl;
		for (k=Circle[a].f;k;k=k->next)
		{
			int x=k->s,y=l->s;
			if (!(l=l->next)) l=Circle[b].f;
			if (seq[x].len!=seq[y].len || seq[x].s!=seq[y].s) //内向树序列不相同
				break;
		}
		if (!k)
			return true;
	}
	return false;
}

bool arrange_dfs(int k) //生成两图连通分量对应关系的排列
{
	if (k>S1)
		return true;
	for (int i=S1+1;i<=S2;i++)
		if (!used[i] && compare(k,i))
		{
			used[i]=true;
			bool b=arrange_dfs(k+1);
			used[i]=false;
			if (b) return true;
		}
	return false;
}

bool solve()
{
	int i,j;
	init();
	connect(1,N);S1=Bc;
	connect(1+PERN,N+PERN);S2=Bc;
	if (S1!=S2-S1) //1..S1为图1的连通分量 S1+1..S2为图2的连通分量
		return false; //两图连通分量个数不相等
	for (i=1;i<=S2;i++)
		for (linknode<int> *k=Circle[i].f;k;k=k->next)
			TreeSeq(k->s); //计算以每个圈上顶点为根的内向树括号序列
	return arrange_dfs(1);
}

void clear()
{
	for (int i=1;i<=S2;i++)
		Circle[i].clear();
}

int main()
{
	int i;
	freopen("pch.in","r",stdin);
	freopen("pch.out","w",stdout);
	scanf("%d",&D);
	for (i=1;i<=D;i++)
	{
		if (solve())
			printf("Tn");
		else
			printf("Nn");
		clear(); //清理 释放内存
	}
	return 0;
}
<h2><span class="mw-headline">跳舞蝇的教练 </span></h2>

Byteland一直以奇妙的跳舞蝇而闻名于世。驯养的苍蝇能和着音乐的节奏精确地做每一次飞跃。通常,训练者会在桌上放一排硬币,这些硬币的排列 并不按照特定的顺序。每枚硬币上都有一行题字:i→j,i是这枚硬币的编号,j是站在硬币i上的苍蝇下一步应该飞往的硬币编号。训练者在每个硬币上放一只 苍蝇,然后开始放音乐。那些苍蝇就跟着音乐的节拍开始跳舞,在每一拍中苍蝇都会直接跳到编号为j的硬币上。在舞蹈中,可能会出现多只苍蝇在同一硬币上的情 况。这样,跳舞蝇就会一起继续表演。假定有n只苍蝇,n枚硬币。则一旦确定了n枚硬币上的题字,那么这场表演也就确定了。然而,对硬币不同的设置也可能导 致相同的表演,只要我们把硬币按适当的顺序排列。 让我们先来看3枚硬币上的表演。如果表演是这样进行:从第一个硬币到第二个,第二个到第三个,第三个又回到第一个硬币(表示为1→2,2→3,3→1)。 具体表演是3只苍蝇绕圈跳跃,从不相遇。那么表演1→2,2→3,3→3,则是与其不同的。因为该表演为:两拍后,所有的苍蝇在第3枚硬币上相遇,然后一 直在原地跳跃。

但是,设置1→2,2→3,3→2,4→4和1→1、2→3、3→2、4→3就是同样的类型。如果你把前者的硬币从左到右排列,而把后者从右到左排列,就会看到相同的表演。

任务:

如果跳舞蝇的两次表演是相同的,就会使观众不满,请编写一个程序:
  • 从文件中读入测试任务的个数;

  • 对每一个测试任务,从PCH.IN中读入两组硬币设置,验证是否能把硬币按一定顺序排列,使跳舞蝇给出相同的表演;

  • 把结果写入文件。

    输入:

    文件的第一行是测试任务的个数d(1≤d≤100),以下3*d行,每三行描述一个任务。三行中的第一行是一个整数 n(1≤n≤2000),表示硬币的个数。后两行每行均为一套硬币的描述。格式为n个用空格分开的1…n范围内的整数,第i个整数表示硬币i上的苍蝇应该 飞向的硬币的编号。

    输出:

    对每个任务,均要在文件中输出一行,仅包含一个字母。如果可以按一定顺序排硬币使表演相同则输出“T”,否则输出“N”。

    输入样例:

    2
      3
      2 3 1
      2 3 3
      4
      2 3 2 4
      1 3 2 3

    输出样例:

    N
      T

上次修改时间 2017-02-03

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