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C++平面图转对偶图怎么快速求解最小割

千晨小哥_5345

千晨小哥_5345

发布时间:2026-09-30 08:42:01

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来源于php中文网

原创

平面图最小割等于对偶图最短路,因为原图任意s-t割一一对应对偶图中s到t的路径,且割容量和等于路径边权和;前提为连通平面图、s与t位于同一外部面(否则需加辅助边调整),构建时用半边结构按面定向连边,Dijkstra求最短路即得最小割值。

c++平面图转对偶图怎么快速求解最小割

平面图最小割为什么能转成对偶图最短路

因为平面图的任意 s-t 割对应对偶图中一条从 s* 到 t* 的路径,且割的容量和等于该路径边权和。这个等价性成立的前提是:原图是**连通平面图**、有明确的外部面、且 s 和 t 都在外部面上(或可通过加边调整到同一面)。不满足时,强行建对偶图会导致路径漏掉关键割边,结果错误。

常见错误现象:min_cut = 0 但实际有正容量割;或最短路结果明显偏小。往往是因为没把 s 和 t 放在同一外部面——此时需先对面进行重定向,或在原图外围加一圈无穷大容量边,强制统一外部面。

怎么构建对偶图(C++ 实操要点)

核心不是“画出对偶点再连边”,而是用面遍历 + 边定向来生成对偶边。推荐用 half-edge(双向边)结构存原图,每条有向边 e 属于唯一左侧面 f_left,其反向边 e^rev 属于右侧面 f_right。对偶图中,f_left → f_right 连一条权为 e.cap 的边。

  • 必须给每个面编号,可用 DFS 遍历未访问的半边来识别面(注意处理桥边:桥的两侧是同一个面,此时不加对偶边,或加自环但后续忽略)
  • s 和 t 所在面要标记为 s* 和 t*;若它们本不在同一面,就人为添加一条绕外侧的“辅助边”,容量设为极大值(如 INT_MAX/2),再重新剖分面
  • 对偶图边数 ≤ 原图边数,但可能含重边——合并时取最小容量,否则 Dijkstra 会误判

Dijkstra 求最短路时要注意什么

对偶图边权全非负(原图容量 ≥ 0),所以用朴素 Dijkstra 即可,不用 Bellman-Ford。但容易踩的坑在于:顶点数可能是 O(E) 级别(面数最多为 E - V + 2),别用 vector<vector int>>></vector> 存稠密对偶图——很多面对之间根本无边,应只存实际生成的边,用 vector<vector int>>></vector> 按面索引建邻接表,空间可控。

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示例片段:

vector<vector<pair<int, int>>> dual_adj(face_cnt);
for (each half-edge e) {
    int f1 = face_id[e.left_face], f2 = face_id[e.rev.left_face];
    if (f1 != f2) dual_adj[f1].emplace_back(f2, e.cap);
}
// 然后跑 Dijkstra(dual_adj, s_star, t_star)

边界与退化情况怎么处理

原图不连通?对偶图会分裂,s* 和 t* 可能不可达——此时最小割为 0(无需割边即可分离)。原图有重边?每条边独立生成对偶边,没问题。原图有自环?自环不划分新面,对应对偶图无边,直接忽略。

最容易被忽略的是:**对偶图最短路经过的边数,等于原图割边数,但路径上的边权和才是最小割值**。有人误以为“边数最少”就是最小割,这是错的——权重才决定容量和。另外,如果最小割不唯一,Dijkstra 返回任意一条最短路即可,对应任一最小割方案。

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