けんちょんの競プロ精進記録

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AOJ 2903 Board (AUPC 2018 day1-H)

燃やす埋めるを本気で整理する!!!
すごく面白い問題だった!!!

問題へのリンク

問題概要

 H ×  W の二次元ボードが与えられる。以下のような "#" のところを最小個数の長方形で敷き詰めよ。例えば

4 10
##########
....#.....
....#.....
..........

は下のようになる。

4 10
1111111111
....2.....
....2.....
..........

制約

  •  1 \le R, C \le 25

燃やす埋めるの形へ

長方形を敷き詰めるのは、下図のように各 "#" を「縦」「横」に分類する作業だとみなすことができる (これ天才すぎてなんだろ...)

----------
....|.....
....|.....
..........

そして上図で長方形が 2 個というのは以下のように解釈できる。

  • 向き付けする前時点で "#" マスは 12 マスある
  • "#" と "#" が隣接している箇所は 11 箇所あって、そのうちの 10 箇所が向きが整合している
  • 12 から「整合している箇所の個数」を引くと、2 になる

こう解釈すると、

  • "#" を「縦」か「横」に割り当てる
  • 隣接する 2 個が、「同じ属性」なら「利得」が入る

という感じで、いかにも燃やす埋めるが使える形になる。

燃やす埋めるとは

0-1 変数が何個かあって、ある種の制約がたくさんくっついている問題を最小カットにするフレームワークがある。

  • p = 0 かつ q = 1 ならば、C のペナルティ
  • p = 1 かつ q = 0 ならば、C のペナルティ
  • p = 0 かつ q = 0 ならば、G の利得
  • p = 1 かつ q = 1 ならば、G の利得

といった制約は上手く扱うことができる。一方、

  • p = 0 かつ q = 1 ならば、G の利得
  • p = 1 かつ q = 0 ならば、G の利得
  • p = 0 かつ q = 0 ならば、C のペナルティ
  • p = 1 かつ q = 1 ならば、C のペナルティ

たちは max-cut になるので恐らく扱えない。各種の制約はこんな感じで扱える。

p = 1 かつ q = 0 ならば、C のペナルティ

f:id:drken1215:20190306095917p:plain

p = 1 かつ q = 1 ならば、G の利得

少し難しいが、スーパーノード用意して下図のようにする。

  • p = 1 かつ q = 1 のときのみ、0 の辺を選べる
  • p = 0 や q = 0 だと、C の辺しか選べない

という機構にしている。

f:id:drken1215:20190306101225p:plain

仕組みとしては、例えば q = 0 を選んでおきながら 0 の辺を選ぼうとすると ∞ のコストを食らってしまう。

f:id:drken1215:20190306101404p:plain

元の問題に戻り

以上から、各 "#" セルに対して、

  • 横に隣接するセル p, q について「p = 横 かつ q = 横」だと 1 の利得
  • 縦に隣接するセル p, q について「p = 縦 かつ q = 縦」だと 1 の利得

を上手に表現できることとなった。往々にしてここまで複雑になると最小カットと実際の答えとの対応をとるのが大変。よしなに。。。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <queue>
using namespace std;
 
// edge class (for network-flow)
template<class FLOWTYPE> struct Edge {
    int rev, from, to;
    FLOWTYPE cap, icap;
    Edge(int r, int f, int t, FLOWTYPE c) : rev(r), from(f), to(t), cap(c), icap(c) {}
    friend ostream& operator << (ostream& s, const Edge& E) {
        if (E.cap > 0) return s << E.from << "->" << E.to << '(' << E.cap << ')';
        else return s;
    }
};
 
// graph class (for network-flow)
template<class FLOWTYPE> struct Graph {
    vector<vector<Edge<FLOWTYPE> > > list;
     
    Graph(int n = 0) : list(n) { }
    void init(int n = 0) { list.clear(); list.resize(n); }
    void reset() { for (int i = 0; i < (int)list.size(); ++i) for (int j = 0; j < list[i].size(); ++j) list[i][j].cap = list[i][j].icap; }
    inline vector<Edge<FLOWTYPE> >& operator [] (int i) { return list[i]; }
    inline const size_t size() const { return list.size(); }
     
    inline Edge<FLOWTYPE> &redge(Edge<FLOWTYPE> e) {
        if (e.from != e.to) return list[e.to][e.rev];
        else return list[e.to][e.rev + 1];
    }
     
    void addedge(int from, int to, FLOWTYPE cap) {
        list[from].push_back(Edge<FLOWTYPE>((int)list[to].size(), from, to, cap));
        list[to].push_back(Edge<FLOWTYPE>((int)list[from].size() - 1, to, from, 0));
    }
     
    void add_undirected_edge(int from, int to, FLOWTYPE cap) {
        list[from].push_back(Edge<FLOWTYPE>((int)list[to].size(), from, to, cap));
        list[to].push_back(Edge<FLOWTYPE>((int)list[from].size() - 1, to, from, cap));
    }
 
    /* 
    // debug
    friend ostream& operator << (ostream& s, const Graph& G) {
        s << endl; for (int i = 0; i < G.V; ++i) { s << i << " : " << G.list[i] << endl; }return s;
    }
    */
};
 
template<class FLOWTYPE> struct Dinic {
    const FLOWTYPE INF = 1<<30; // to be set
    vector<int> level, iter;
 
    Dinic() { }
    void dibfs(Graph<FLOWTYPE> &G, int s) {
        level.assign((int)G.size(), -1);
        level[s] = 0;
        queue<int> que;
        que.push(s);
        while (!que.empty()) {
            int v = que.front();
            que.pop();
            for (int i = 0; i < G[v].size(); ++i) {
                Edge<FLOWTYPE> &e = G[v][i];
                if (level[e.to] < 0 && e.cap > 0) {
                    level[e.to] = level[v] + 1;
                    que.push(e.to);
                }
            }
        }
    }
     
    FLOWTYPE didfs(Graph<FLOWTYPE> &G, int v, int t, FLOWTYPE f) {
        if (v == t) return f;
        for (int &i = iter[v]; i < G[v].size(); ++i) {
            Edge<FLOWTYPE> &e = G[v][i], &re = G.redge(e);
            if (level[v] < level[e.to] && e.cap > 0) {
                FLOWTYPE d = didfs(G, e.to, t, min(f, e.cap));
                if (d > 0) {
                    e.cap -= d;
                    re.cap += d;
                    return d;
                }
            }
        }
        return 0;
    }
     
    FLOWTYPE solve(Graph<FLOWTYPE> &G, int s, int t) {
        level.assign((int)G.size(), -1); iter.assign((int)G.size(), 0);
        FLOWTYPE res = 0;
        while (true) {
            dibfs(G, s);
            if (level[t] < 0) return res;
            for (int i = 0; i < (int)iter.size(); ++i) iter[i] = 0;
            FLOWTYPE flow = 0;
            while ((flow = didfs(G, s, t, INF)) > 0) {
                res += flow;
            }
        }
    }
};
 
int n, m;
inline int conv(int i, int j) {
    return i*m + j;
}
 
const int INF = 1<<29;
int main() {
    cin >> n >> m;
    vector<string> fi(n);
    for (int i = 0; i < n; ++i) cin >> fi[i];
    int num_black = 0;
    int num_adj = 0;
    Graph<int> G(n*m*3+2);
    int s = n*m*3, t = n*m*3+1;
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        for (int j = 0; j < m; ++j) {
            if (fi[i][j] == '.') continue;
            ++num_black;
 
            if (i+1<n && fi[i+1][j] == '#') {
                ++num_adj;
                int newv = conv(i,j) + n*m;
                G.addedge(newv, t, 1);
                G.addedge(conv(i,j), newv, INF);
                G.addedge(conv(i+1,j), newv, INF);
            }
 
            if (j+1<m && fi[i][j+1] == '#') {
                ++num_adj;
                int newv = conv(i,j) + n*m*2;
                G.addedge(s, newv, 1);
                G.addedge(newv, conv(i,j), INF);
                G.addedge(newv, conv(i,j+1), INF);
            }
        }
    }
    Dinic<int> dic;
    int flow = dic.solve(G, s, t);
 
    cout << num_black - (num_adj - flow) << endl;
}