差分約束系統

差分約束系統(System of Difference Constraints),是求解關於一組變數的特殊不等式組之方法。

如果一個系統由個變量和個約束條件組成,其中若每個約束條件形如 ,則稱其為差分約束系統。亦即,差分約束系統是求解關於一組變量的特殊不等式組的方法。   

解法

求解差分約束系統,可以轉化成求解圖論的單源最短路徑。觀察 ,會發現它類似最短路中的三角不等式 ,即 。因此,以每個變數 為結點,對於約束條件 ,連接一條邊 ,邊權為 。再增加一個原點 與所有定點相連,邊權均為0(在某些題目中可能需要根據實際情況進行改動)。對這個圖以s為原點運行Bellman-Ford 算法(或SPFA),最終 即為一組可行解。
  例如,考慮這樣一個問題,尋找一個5維向量 以滿足:

這一問題等價於找出未知量   ,滿足下列8個差分約束條件:
  
  
  
  
  
  
  
  
該問題的一個解為 ,另一個解 ,這2個解是有聯繫的: 中的每個元素比 中相應的元素大5。

引理:設 是差分約束系統 的一個解,d為任意常數,則 也是該系統 的一個解。


Bellman-Ford 算法虛擬碼:

# 初始化
for each v in V do 
    d[v] ← ∞; 
d[source] ← 0
# 松弛
for i =1,...,|V|-1 do
    for each edge (u,v) in E do
        d[v] ← min{d[v], d[u]+w(u,v)}
# 检查负环
for each edge (u, v) in E do 
    if d[v]> d[u] + w(u,v) then 
        <无解>

參考資料