1 条题解
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一、题意理解
我们有一个 n 个点的无向图,表示好友关系(边表示互相认识)。
定义两种聚会:
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热闹聚会(周六):选出任意大小的点集 S,满足:
- 对 S 中每个点,在 S 中至少有 p 个邻居(认识的人);
- 至少有一个点在 S 中恰好有 p 个邻居。 这样的 p 称为热闹度,输出 S 即可。
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尴尬聚会(周日):选出恰好 q 个点,它们之间两两没有边(独立集)。q 称为尴尬度。
条件: [ \left\lfloor \frac{n}{p+1} \right\rfloor \le q \quad \text{且} \quad \left\lfloor \frac{n}{q+1} \right\rfloor \le p ] 注意:不是要我们输出 p 和 q,而是输出两个点集,它们的 p 和 q 自然会满足这个不等式。
二、条件转化与思路
这个不等式看起来很奇怪,但它实际上是一个对称的不等式,联系着 p 和 q。
我们观察一下,如果设
[ p+1 = a, \quad q+1 = b ] 那么条件变为: [ \left\lfloor \frac{n}{a} \right\rfloor \le b-1 \quad\text{和}\quad \left\lfloor \frac{n}{b} \right\rfloor \le a-1 ] 但这样可能不直观。其实,有一个经典结论:对于任意正整数 (p, q),如果
[ (p+1)(q+1) > n ] 那么条件 (\lfloor n/(p+1) \rfloor \le q) 和 (\lfloor n/(q+1) \rfloor \le p) 成立。
因为 (\lfloor n/(p+1) \rfloor \le n/(p+1) \le q) 当且仅当 (n < (p+1)(q+1)) 时严格成立吗?
我们验证:
(\lfloor n/(p+1) \rfloor \le q) 等价于 (n/(p+1) < q+1),即 (n < (p+1)(q+1))。
同理另一个也是 (n < (p+1)(q+1))。
所以两个不等式等价于: [ (p+1)(q+1) > n ]因此,题目条件就是: [ (p+1)(q+1) > n ]
三、图论经典结论
在任意 n 个点的无向图(或补图)中,有两个经典定理:
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Turán 定理的推论:图或其补图中,存在度数至少为 (p) 的点集,且最大团或独立集大小满足一些关系。
更直接的相关结论是:
对于任意整数 (p,q \ge 0),如果 ((p+1)(q+1) > n),则图中有大小为 (p+1) 的团,或者大小为 (q+1) 的独立集。
这是 Erdős–Szekeres 型的 Ramsey 理论结论:(R(p+1, q+1) > n) 意味着图或其补图有团或独立集。但我们这里条件正好是 ((p+1)(q+1) > n),那么根据 对称 Ramsey 理论:
- 要么原图有大小为 (q+1) 的独立集(尴尬聚会取 q 个点就行,注意这里独立集大小是 q+1,我们只需 q 个点,所以更宽松);
- 要么补图有大小为 (p+1) 的团,即原图有大小为 (p+1) 的点集,它们之间两两不认识?不对,反了:补图的团对应原图的独立集,补图的独立集对应原图的团。所以还是原图要么有团要么有独立集。
但我们需要的是:热闹聚会 S 中每个点至少有 p 个邻居在 S 中,这不是要求 S 是团(团中每个点有 |S|-1 个邻居),而是要求最小度数至少 p。所以不是团,是 p-核心(k-core)的概念。
四、构造方法
我们需要找到两个点集 (S_1)(热闹)、(S_2)(尴尬),它们的参数 p 和 q 满足 ((p+1)(q+1) > n)。
关键观察:
- 热闹聚会的 p 就是 S1 中点的最小度数(在诱导子图中)。
- 尴尬聚会的 q 就是 S2 的大小(且 S2 是独立集)。
我们可以固定 q,然后找一个 p 尽可能大的 S1。
根据条件 ((p+1)(q+1) > n),有 (p > n/(q+1) - 1)。
所以只要找到一个子图,其最小度数 (d_{\min} \ge \lfloor n/(q+1) \rfloor),即可取 (p = d_{\min}),条件自动满足(因为 (\lfloor n/(q+1) \rfloor \le p) 就是条件之一,而另一条件 (\lfloor n/(p+1) \rfloor \le q) 也会由 ((p+1)(q+1) > n) 保证)。
更简单的做法是:
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找尴尬聚会 S2:
在图中找一个较大的独立集(可以用贪心:按度数从小到大依次取点,不与已取的点相邻就加入)。设找到的独立集大小为 (q)。 -
找热闹聚会 S1:
在图中找一个 k-core(反复删除度数小于 k 的点,直到不能删为止),其中 k 尽量大。取 k-core 作为 S1,其最小度数 (p \ge k)。
我们要让 p 和 q 满足 ((p+1)(q+1) > n)。 -
调整:
如果独立集 q 太小,就稍微降低 k,让 k-core 更大,从而 q 可能增大吗?不对,q 是独立集,与 S1 无关。
其实我们可以用已知结论:对于任意图,存在一个子图(k-core)的最小度数至少为某个值,并且该值和最大独立集大小满足那个不等式。
标准构造方法:- 对 (d = 0) 到 (n-1),考虑 d-core(如果存在)。设其大小为 s,最小度数为 (p \ge d)。
- 在补图中找独立集(即在原图中找团……不对,尴尬聚会在原图中是独立集,与原图有关)。
- 其实可以直接从 1 到 n 枚举 p,看能否找到 p-core 且满足 ((p+1)(q+1) > n),其中 q 是最大独立集大小下界。
最大独立集大小至少为 (n/(\Delta+1)) 之类的界,但这里我们需要一个构造。
实际上,标准解法是:
- 找原图的极大独立集 I(比如贪心),令 (q = |I|)。
- 我们知道图中有独立集大小为 q,那么根据 Turán 定理的推广,图中有度至少为 (p = \lfloor n/(q+1) \rfloor) 的点(甚至子图)。
如何找?
可以用剥皮(peeling)方法:反复删除图中最小度数的点,记录删除时的度数。
有一个性质:当删除到剩余 r 个点时,这些点最小度数 ( \ge \lfloor n/(q+1) \rfloor ),其中 q 是独立集大小。
更精确的:若最大独立集大小为 (\alpha(G)),那么存在一个子图最小度数至少为 (\lfloor n/\alpha(G) \rfloor - 1)。
所以取 (p = \lfloor n/q \rfloor - 1)(q 是独立集大小,不是最大独立集,但 q 是某个独立集大小),那么 ((p+1)(q+1) \ge (\lfloor n/q \rfloor)(q+1) > n) 可能成立。
五、构造步骤(可直接实现)
由于题目不要求 p, q 最大,只要求存在,我们可以这样:
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求尴尬聚会:
用贪心法求一个极大独立集 I(按度数从小到大排序,依次取不与已取点相邻的点)。令 (q = |I|)。 -
求热闹聚会:
对 (k = \lfloor n/(q+1) \rfloor),在图中找 k-core(反复删除度数小于 k 的点)。设得到的子图为 H。
如果 H 非空,那么 H 的最小度数至少为 k,取 (p = k)。
条件 ((p+1)(q+1) > n) 显然成立,因为 (p = \lfloor n/(q+1) \rfloor),所以 ((p+1) > n/(q+1)),即 ((p+1)(q+1) > n)。如果 H 为空,则降低 k 直到 H 非空(比如 k=0 肯定非空,但我们要满足不等式)。
但若 H 为空,说明所有点度数小于 k,那么独立集可以更大吗?我们可能需重新调整:如果 k 太大导致 H 为空,就减小 k 直到 H 非空,同时可能 q 会变化(但 q 已经固定为独立集大小)。
我们其实只需保证最终得到的 (p)(H的最小度数)和 (q) 满足不等式,而一旦 (p = \lfloor n/(q+1) \rfloor) 时 H 非空,不等式就成立。 -
验证:
若 H 非空,热闹聚会取 H 的所有点,尴尬聚会取独立集 I 的点。
它们满足: [ \left\lfloor \frac{n}{p+1} \right\rfloor = \left\lfloor \frac{n}{\lfloor n/(q+1) \rfloor + 1} \right\rfloor \le q ] 另一个 (\lfloor n/(q+1) \rfloor \le p) 也成立。
六、样例分析
样例1: n=6, m=15(完全图)。
独立集大小 q=1(任意两点都认识,只能取一个点)。
计算 k = floor(6/(1+1)) = 3。
找 3-core:完全图的 3-core 就是整个图(最小度数 5≥3),所以 H 有 6 个点,最小度数 p=5。
输出热闹聚会 6 个点,尴尬聚会 1 个点(比如 4)。样例2: n=8, m=11(给定图)。
贪心独立集:比如 {8,4,7,2} 大小 q=4。
k = floor(8/5)=1。
找 1-core:删除孤立点?没有孤立点,1-core 就是整个图,最小度数至少 1,所以 p≥1。
热闹聚会可以取所有 8 个点,尴尬聚会取那 4 个点。
七、正确性证明概要
- 独立集 I 的大小 q 是可行的尴尬聚会。
- 取 (k = \lfloor n/(q+1) \rfloor),如果 k-core 非空,则其最小度数 (p \ge k)。
那么 (\lfloor n/(q+1) \rfloor = k \le p),且 ((p+1)(q+1) > n) 成立(因为 (p+1 > n/(q+1))),从而 (\lfloor n/(p+1) \rfloor \le q)。 - 如果 k-core 为空,则所有点度数小于 k,那么独立集大小可以更大,矛盾于贪心独立集的最大性?不一定,但我们可以减小 k 直到 k-core 非空(比如 k=1 一定非空),仍满足不等式,因为减小 k 会减小 p,但条件对更小的 p 也可能成立(需要验证,不过题解标准做法是直接取 k 为某个值保证非空)。
实际比赛中,由于时间限制,我们只需找到一个可行解,不需最优。可以枚举 p,对每个 p 找 p-core,然后找补图的独立集(原图的团?不对,尴尬聚会是原图的独立集),两个集合无关,只要参数满足不等式就行。
八、实现注意事项
- 由于 n 最大 10000,m 最大 1e5,可以用邻接表存图。
- 求 k-core 是 O(n+m) 的(用队列反复删点)。
- 求极大独立集贪心 O(n log n + m)。
- 多组数据总复杂度可接受。
- 注意读入优化,数据量较大。
总结
这道题的关键是将抽象的不等式转化为 ((p+1)(q+1) > n),然后利用图的性质:
- 尴尬聚会对应独立集
- 热闹聚会对应 k-core(最小度数至少 k 的子图)
构造时先找独立集确定 q,再取合适的 k 找 k-core 得到 p,自动满足不等式。
这是一种存在性构造,不要求极值,所以实现相对直接。 -
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信息
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- 3594
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