#include <bits/stdc++.h>
#define NMax 101
#define inf 2e9
#define NMax5 50005
using namespace std;
ifstream fin("bellmanford.in");
ofstream fout("bellmanford.out");
class graf
{
int nrNoduri, nrMuchii;
bool orientat;
vector <int> gr[NMax]; // liste de adiacenta ale grafului
pair< int, pair<int, int> > v[NMax]; // structura de date pt APM
public:
graf(int n, int m, bool o); // constructor
void Citire_Orientat();
void Citire_Neorientat();
void Citire_Neorientat_Ponderat();
void Afisare_Graf();
void BFS(int s); // s - nodul de start
void DFS(int s); // s - nodul de start
// Determinare nr de componente conexe
void Comp_Conexe(); // afiseaza cate componente conexe are graful
// Kosaraju
void Graf_Transpus(); // creeaza graful transpus in grT
void ParcurgereGrafInitial(); // parcurgerea in adancime a grafului initial
void DFST(int s, int culoare); // s - nodul de start, dfs pe graful transpus
void CTC(); // apeleasa DFST si afiseaza comp tare conexe
// Sortare topologica
void Sortare_Topologica();
// Algoritm Havel-Hakimi
bool Havel_Hakimi(vector<int>grade, int nrNoduri);
// Afisare Muchii Critice
void Muchii_Critice();
void DFS_Critice(int s, int tata);
// Afisare Componente Biconexe
void DFS_Biconex(int s, int tata);
void Componente_Biconexe();
// APM
void Kruskal();
// Dijkstra
void Dijkstra(int s);
// Bellman-Ford
void Bellman_Ford(int s);
};
// DFS, BFS, Muchii critice, Componente biconexe
bool viz[NMax];
// Kosaraju
stack <int> S; // stiva pentru memorarea nodurilor in ordinea timpilor de final
bool vizDFST[NMax]; // pt graful transpus
vector <int> grT[NMax]; // liste de adiacenta ale grafului transpus
vector <int> componente[NMax]; // liste cu nodurile care compun fiecare componenta tare conexa in parte
// Havel-Hakimi
vector <int> grade;
// Muchii Critice + Componente Biconexe
int nivel[NMax]; // nivelul pe care se gaseste nodul
int niv_min_acc[NMax]; // nivelul minim accesibil
int ct_muchii_critice;
vector <vector<int>> muchii_critice;
// Componente Biconexe
int ct_biconexe;
stack <int> S2;
vector <int> componente_biconexe[NMax];
// Kruskal
// Dijkstra
priority_queue <pair<int,int>> q; // coada cu prioritati {cost,nod}
vector <pair<int,int>> muchii[NMax5];
bool vizDij[NMax5]; // viz[x] = 1 daca nodul a fost vizitat
int dist[NMax5]; // dist[x] = distanta de la nodul de start la nodul x
// Bellman-Ford
graf :: graf(int n, int m, bool o)
{
nrNoduri = n;
nrMuchii = m;
orientat = o;
}
void graf :: Citire_Orientat()
{
for(int i = 1; i <= nrMuchii; ++i)
{
int x, y;
fin >> x >> y;
gr[x].push_back(y);
}
}
void graf :: Citire_Neorientat()
{
for(int i = 1; i <= nrMuchii; ++i)
{
int x, y;
fin >> x >> y;
gr[x].push_back(y);
gr[y].push_back(x);
}
}
void graf :: Citire_Neorientat_Ponderat()
{
for(int i = 1; i <= nrMuchii; ++i)
{
fin >> v[i].second.first >> v[i].second.second; // muchia (x,y)
fin >> v[i].first; // cu costul c
}
}
void graf :: Graf_Transpus()
{
for(int i = 1; i <= nrNoduri; ++i)
for(auto j : gr[i])
grT[j].push_back(i);
}
void graf :: Afisare_Graf()
{
for(int i=1; i <= nrNoduri; ++i)
{
fout << i << " : " ;
for(auto j: gr[i])
fout << j << " ";
fout << "\n";
}
}
void graf :: BFS(int s)
{
int distanta[NMax] = {0};
queue <int> q;
viz[s] = 1;
q.push(s);
while(!q.empty())
{
int k = q.front(); // elem din varful cozii
q.pop(); // sterg elem din varful cozii
for(auto i : gr[k])
if(!viz[i])
{
viz[i] = 1;
q.push(i);
distanta[i] = distanta[k] + 1;
}
}
for(int i = 1; i <= nrNoduri; ++i)
if(viz[i])
fout << distanta[i] << " ";
else
fout << -1 << " ";
}
void graf :: DFS(int s)
{
viz[s] = 1;
for(auto i : gr[s])
if(!viz[i])
DFS(i);
// pentru CTC(Kosaraju) - stabilim timpul de finalizare pentru nodul s
S.push(s);
}
void graf :: Comp_Conexe()
{
int ct = 0;
for(int i = 1; i <= nrNoduri; ++i)
if(!viz[i])
{
ct++;
DFS(i);
}
fout << ct;
}
void graf :: ParcurgereGrafInitial()
{
for(int i = 1; i <= nrNoduri; ++i)
if(!viz[i])
DFS(i);
}
void graf :: DFST(int s, int ct)
{
vizDFST[s] = 1;
componente[ct].push_back(s);
for(auto i : grT[s])
if(!vizDFST[i])
DFST(i, ct);
}
void graf :: CTC()
{
int ct_ctc = 0;
while(!S.empty())
{
int varf = S.top();
S.pop();
if(!vizDFST[varf])
{
ct_ctc ++;
DFST(varf, ct_ctc);
}
}
fout << ct_ctc << "\n";
for(int i = 1; i <= ct_ctc; ++i)
{
for(auto j:componente[i])
fout << j << " ";
fout << "\n";
}
}
void graf :: Sortare_Topologica() // o parcurgere in adancime a grafului unde se determina timpii de finalizare pt fiecare nod
{
// nodurile vor fi afisate in ordinea descrescatoare a timpilor de finalizare
ParcurgereGrafInitial();
while(!S.empty())
{
fout << S.top() << " ";
S.pop();
}
}
bool myfunction(int i, int j)
{
return (i>j);
}
bool graf :: Havel_Hakimi(vector <int> grade, int nrNoduri)
{
bool ok =1;
while(ok)
{
sort(grade.begin(), grade.end(), myfunction);
if(grade[0] == 0) // daca cel mai mare element dupa sortare este 0 => toate elementele sunt 0 => se poate forma
return true;
if(grade[0] > grade.size() - 1) // daca gradul este mai mare decat nr de noduri curente - 1 => NU se poate forma
return false;
int grad_curent = grade[0];
grade.erase(grade.begin() + 0); // elimin primul element
for(int i = 0; i < grad_curent; ++i) // scad 1 doar din primele grad_curent elemente
{
grade[i] --;
if(grade[i] < 0)
return false;
}
}
}
void graf :: DFS_Critice(int s, int tata)
{
viz[s] = 1;
nivel[s] = nivel[tata] + 1; // calculam nivelul pe care se afla nodul curent s
niv_min_acc[s] = nivel[s]; // nivelul minim accesibil este acelasi cu nivelul pe care se afla nodul curent s pentru moment
for(auto i : gr[s])
if(i != tata)
{
if(viz[i] == 1) // (s,i) ar fi muchie de intoarcere (deci nu poate fi muchie critica) deoarece i a fost vizitat deja
{
if(niv_min_acc[s] > nivel[i])
niv_min_acc[s] = nivel[i];
}
else
{
DFS_Critice(i,s);
if(niv_min_acc[s] > niv_min_acc[i])
niv_min_acc[s] = niv_min_acc[i];
}
// determinare muchii critice
if(nivel[s] < niv_min_acc[i]) // conditie necesara ca (s,i) sa fie muchie critica
{
// (s, i)
ct_muchii_critice++;
vector <int> v1;
v1.push_back(s);
v1.push_back(i);
muchii_critice.push_back(v1);
}
}
}
void graf :: Muchii_Critice()
{
DFS_Critice(1,0);
fout << ct_muchii_critice << "\n";
for( vector<vector<int>>::iterator i = muchii_critice.begin() ; i != muchii_critice.end(); i++ )
{
fout << "[" ;
vector<int>::iterator j = i->begin();
fout<<*j;
fout << ",";
j++;
fout <<*j;
fout << "] ";
}
}
void graf :: DFS_Biconex(int s, int tata)
{
viz[s] = 1;
S2.push(s); // adaugam nodurile in stiva S2 in oridinea in care le vizitam
nivel[s] = nivel[tata] + 1; // calculam nivelul pe care se afla nodul curent s
niv_min_acc[s] = nivel[s]; // nivelul minim accesibil este acelasi cu nivelul pe care se afla nodul curent s pentru moment
for (auto i : gr[s])
{
if (viz[i] == 1) // (s,i) ar fi muchie de intoarcere (deci nu poate fi muchie critica) deoarece i a fost vizitat deja
{
if(niv_min_acc[s] > nivel[i])
niv_min_acc[s] = nivel[i];
}
else
{
DFS_Biconex(i, s);
if(niv_min_acc[s] > niv_min_acc[i])
niv_min_acc[s] = niv_min_acc[i];
// determinare componente biconexe
if(niv_min_acc[i] >= nivel[s])
{
ct_biconexe ++;
while(!S2.empty() && S2.top() != i) // eliminam nodurile pana la nodul i
{
componente_biconexe[ct_biconexe].push_back(S2.top());
S2.pop();
}
componente_biconexe[ct_biconexe].push_back(S2.top()); // adaugam si nodul i
S2.pop();
componente_biconexe[ct_biconexe].push_back(s); // adaugam si nodul s
}
}
}
}
void graf :: Componente_Biconexe()
{
DFS_Biconex(1,0);
fout << ct_biconexe << "\n";
for(int i = 1; i <= ct_biconexe; ++i)
{
for(auto j : componente_biconexe[i])
fout << j << " ";
fout << "\n";
}
}
void graf :: Kruskal()
{
sort(v + 1, v + nrMuchii + 1); // sortam crescator muchiile in functie de cost
int C[NMax]; // C[x] = numarul componentei conexe din care face parte nodul x
int cost = 0, ct_muchii_adaugate = 0;
int Sol[NMax];
for(int i = 1; i <= nrNoduri; ++i) C[i] = i; // initial se pleaca cu n arbori formati dintr-un singur nod
for(int i = 1; i <= nrMuchii && ct_muchii_adaugate < nrNoduri - 1; ++i)
{
// verificam daca muchia i poate fi adaugata
// cele doua extremitati trebuie sa faca parte din compomnente conexe diferite
if(C[v[i].second.first] != C[v[i].second.second])
{
cost += v[i].first; // marim costul arborelui
ct_muchii_adaugate++; // adaugam muchia de ordin i la arbore
Sol[ct_muchii_adaugate] = i;
// unificare
int cx = C[v[i].second.first];
int cy = C[v[i].second.second];
for(int j = 1; j <= nrNoduri; ++j)
if(C[j] == cx)
C[j] = cy;
}
}
// afisare cost, nr muchii si muchii
fout << cost << "\n" << ct_muchii_adaugate << "\n";
for(int i = 1; i <= ct_muchii_adaugate; ++i)
fout<<v[ Sol[i] ].second.first << " " << v[ Sol[i] ].second.second << "\n";
}
void graf :: Dijkstra(int s)
{
q.push({0,s}); // adaugam in coada nodul de inceput cu costul 0 (de la s la s avem distanta 0)
vizDij[s] = 1; // marcam nodul ca fiind vizitat
dist[s] = 0; // distanta de la s la s va fi 0
while(!q.empty())
{
int nod_curent = q.top().second; // nodul curent
// int cost = q.top().first; // costul
q.pop();
vizDij[nod_curent] = 0; // presupunem ca nodul curent nu a fost vizitat inca
for(auto i : muchii[nod_curent]) // parcurgem nodurile adiacente cu nodul curent
{
int y = i.second; // nodul adiacent cu nodul curent
int cost = i.first; // costul de la nodul curent pana la y
if(dist[nod_curent] + cost < dist[y])
{
dist[y] = dist[nod_curent] + cost;
if(!vizDij[y]) // marcam nodul ca fiind vizitat daca nu era
{
vizDij[y] = 1;
q.push({dist[y],y});
}
}
}
}
// afisare
for(int i = 2; i <= nrNoduri; ++i)
{
if(dist[i] != inf)
fout << dist[i] << " ";
else
fout << 0 << " ";
}
}
void graf :: Bellman_Ford(int s)
{
queue <int> C;
vector <bool> adaugat(nrNoduri + 1, 0);
vector <int> dist(nrNoduri + 1, inf);
vector <int> viz(nrNoduri + 1, 0);
bool ciclu_negativ = 0;
// declarare si citire graf ponderat
vector <vector <pair<int, int> >> muchii(nrNoduri + 1);
for(int i = 1; i <= nrMuchii; ++i)
{
int x, y, cost;
fin >> x >> y >> cost;
muchii[x].push_back({cost,y});
}
C.push(s); // adaugam nodul s in coada
dist[s] = 0; // distanta de la s la s va fi 0
adaugat[s] = 1; // marcam cu 1 nodul ca fiind adaugat in coada
while(!C.empty() && !ciclu_negativ)
{
int nod_curent = C.front();
C.pop();
adaugat[nod_curent] = 0; // punem 0 pt ca nodul a fost eliminat din coada
for(int i = 0; i < muchii[nod_curent].size(); ++i) // parcurgem nodurile adiacente cu nodul curent
{
int y = muchii[nod_curent][i].second; // nodul destinatie
int cost = muchii[nod_curent][i].first; // costul de la nodul curent la nodul destinatie
if(dist[nod_curent] + cost < dist[y]) // recalculam distanta minima daca este necesar
{
dist[y] = dist[nod_curent] + cost;
if(!adaugat[y]) // adaugam nodul in coada daca nu exista deja
{
C.push(y);
adaugat[y] = 1;
}
viz[y] ++;
if(viz[y] >= nrNoduri) // cazul pt care se formeaza ciclu negativ
{
ciclu_negativ = 1;
break;
}
}
}
}
// afisare distante/ciclu negativ
if(!ciclu_negativ)
{
for(int i = 2; i <= nrNoduri; ++i)
fout << dist[i] << " ";
}
else
fout << "Ciclu negativ!";
}
int N, M;
int main()
{
fin >> N >> M;
graf G(N, M, 0);
G.Bellman_Ford(1);
/*
cout << "Alegeti task-ul:\n Task 1: DFS - Afisare numar componente conexe\n Task 2: BFS\n Task 3: Determinare CTC\n Task 4: Havel-Hakimi\n";
cout << " Task 5: Sortare topologica\n Task 6: Afisare muchii critice\n Task 7: Componente biconexe\n Task 8: APM\n Task 9: Dijkstra\n Task 10: Bellman-Ford\n Task 11: Disjoint\n\n";
cout << "Scrie task-ul : ";
int task;
cin >> task;
if(task == 1) // DFS - nr comp conexe
{
int s;
fin >> N >> M;
graf G(N, M, 0);
G.Citire_Neorientat();
G.Comp_Conexe();
}
else if(task == 2) // BFS
{
int s;
fin >> N >> M >> s;
graf G(N, M, 1);
G.Citire_Orientat();
G.BFS(s);
}
else if(task == 3) // Componente tare conexe
{
fin >> N >> M;
graf G(N, M, 1);
G.Citire_Orientat();
G.Graf_Transpus();
G.ParcurgereGrafInitial();
G.CTC();
}
else if(task == 4) // Havel - Hakimi
{
fin >> N;
graf G(N, 0, 0);
for(int i = 1; i <= N; ++i)
{
int x;
fin >> x;
grade.push_back(x);
}
if(G.Havel_Hakimi(grade, N))
fout << "DA se poate construi un graf.";
else fout << "NU se poate construi un graf. ";
}
else if(task == 5) // Sortare Topologica
{
fin >> N >> M;
graf G(N, M, 1);
G.Citire_Orientat();
G.Sortare_Topologica();
}
else if(task == 6) // Muchii critice
{
fin >> N >> M;
graf G(N, M, 0);
G.Citire_Neorientat();
G.Muchii_Critice();
}
else if(task == 7) // Componente biconexe
{
fin >> N >> M;
graf G(N, M, 0);
G.Citire_Neorientat();
G.Componente_Biconexe();
}
else if(task == 8) // APM
{
fin >> N >> M;
graf G(N, M, 0);
G.Citire_Neorientat_Ponderat();
G.Kruskal();
}
else if(task == 9) // Dijkstra
{
fin >> N >> M;
graf G(N, M, 0);
//citire
for(int i = 1; i <= M; ++i)
{
int x, y, cost;
fin >> x >> y >> cost;
muchii[x].push_back({cost,y});
}
// initial presupunem fiecare distanta ca fiind infinit
for(int i = 1; i <= N; ++i)
dist[i] = inf;
G.Dijkstra(1);
}
else if(task == 10) // Bellman-Ford
{
fin >> N >> M;
graf G(N, M, 0);
G.Bellman_Ford(1);
}
*/
return 0;
}