有一个有向图,每一个点都有一个权值(可以为正或负或$0$),选择一个权值和最大的子图,使得每个点的后继都在子图里面,这个子图就叫最大权闭合子图。
如下图:
能选的子图有$Ø$(即不选),{$4$},{$3,4$},{$2,4$},{$1,2,3,4$},它们的权值分别为$0,-1,5,-6,4.$
所以最大权闭合子图为{$3,4$},权值为$5$.
解法
这个问题可以转化为最小割问题,用网络流解决。
从源点$s$向每个正权点连一条容量为权值的边,每个负权点向汇点$t$连一条容量为权值的绝对值的边,有向图原来的边容量全部为无限大。
求它的最小割,割掉后,与源点s连通的点构成最大权闭合子图,权值为(正权值之和$-$最小割)。
如何理解
割掉一条边的含义
由于原图的边都是无穷大,那么割边一定是与源点$s$或汇点$t$相连的。
割掉$s$与$i$的边,表示不选择$i$点作为子图的点;
割掉$i$与$t$的边,表示选择$i$点为子图的点。
如果$s$与$i$有边,表示$i$存在子图中;
如果$i$与$t$有边,表示$i$不存在于子图中。
合法性
只有$s$与$t$不连通时,才能得到闭合子图。
如果$s$与$t$连通,则存在点$i,j$,使得$s$到$i$有边,$i$到$j$连通,$j$到$t$有边,所以$j$一定是$i$的后继,但选择了$i$,没有选择$j$,不是闭合子图。
如果$s$与$t$不连通,选择了正权点$i$,一定选择了$i$后继中的所有负权点。设$j$是$i$的后继中的正权点,则割掉$s$到$j$的边是没有意义的,最小割不会割掉它,则$j$一点被选中,所以$i$的所有后继都被选中,符合闭合图的定义。
最优性
最小割=(不选的正权之和+要选的负权绝对值之和)
最大权闭合子图=(正权之和-不选的正权之和-要选的负权绝对值之和)=正权值和-最小割
因为正权值和,是定值,而最小割保证值最小,所以最大权闭合子图一定最优。
例题
拓展
要求输出方案
枚举每个点的$dep$,如果$dep<inf$,那么则是方案内的点
因为那种无论怎么买花费$>$收入,这样的购买有一个特点,因为它不能供给需求,所以源点到它的残流一定是$0$,就是说不管是正向边还是反向边都是$0$,同样的那些可以供给的,源点到它的残留一定大于$0$,也就是正向边或者反向边大于$0$,说明做这个购买能赚钱。
所以在最后一遍$bfs$时,边权为$0$的边是不会走的,也就是说$bfs$时只会走边权大于$0$的边,所以走过的每一个点都是方案中的点,因为只有走过的点$dep$才会小于$inf$,所以只需要找出$dep<inf$的点即可