-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
Expand file tree
/
Copy patha_simplified.py
More file actions
234 lines (173 loc) · 8.8 KB
/
Copy patha_simplified.py
File metadata and controls
234 lines (173 loc) · 8.8 KB
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
# https://contest.yandex.ru/contest/25070/run-report/155281258/
#
# -- Принцип работы --
#
# Методы для создания и дальнейшей работы с графом реализованы в классе `Graph`, причем для представления
# ребер в памяти используются списки смежности. Метод `Graph.get_max_spanning_tree_weight()` возвращает
# суммарный вес ребер, образующих максимальное остовное дерево (MaxST) неориентированного графа.
# Построение MaxST осуществляется с помощью модифицированного алгоритма Прима, в котором для хранения
# очереди весов обрабатываемых ребер и их конечных вершин используется невозрастающая бинарная куча
# (max-heap). Если MaxST построить невозможно (т.е., граф не является связным), то функция возвращает
# `None`.
#
# -- Доказательство корректности --
#
# Доказательство корректности алгоритма Прима можно найти в открытых источниках:
# https://en.wikipedia.org/wiki/Prim's_algorithm#Proof_of_correctness.
#
# -- Временная сложность --
#
# Пусть `|V|` — число вершин графа, а `|E|` — число его ребер. Рассчитаем временную сложность варианта
# реализации алгоритма Прима, выбранного в методе `MaxSpanningTreeTool.get_weight()`. Для этого мы
# просуммируем среднее время выполнения наиболее ресурсоемких операций.
#
# * Временная сложность создания массива посещенных вершин, которое выполняется в начале работы функции,
# составляет `O(|V|)`.
# * Поскольку граф неориентированный, то число пар конечных вершин ребер и их весов равно `2|E|`, и
# поэтому средний размер очереди составляет `O(2|E|) = O(|E|)`. Так как мы используем очередь с
# приоритетом на основе бинарной кучи, то время извлечения из нее элемента составляет `O(log |E|)`.
# Таким образом, суммарное время извлечения из очереди всех вершин и весов, которые были в нее
# добавлены, составляет `O(|E| log |E|)`.
# * Поскольку граф неориентированный, то общее количество итераций цикла обработки списков смежности
# составляет `O(2|E|) = O(|E|)`. Время добавления элемента в очередь конечных вершин составляет
# `O(log |E|)`. Таким образом, суммарное время добавления в очередь всех обрабатываемых вершин
# составляет `O(|E| log |E|).
#
# Исходя из вышеизложенного, итоговая вычислительная сложность алгоритма построения MaxST составляет
# `O(|V|) + O(|E| log |E|) + O(|E| log |E|) = O(|V| + |E| log |E|)`. Если граф связный, то
# `|E| ⩾ |V| - 1`, и поэтому временную сложность алгоритма можно записать в виде `O(|E| log |E|)`.
#
# -- Пространственная сложность --
#
# Пространственная сложность алгоритма в среднем составляет `O(|V| + |E|)`, поскольку во время его
# работы создаются массив посещенных вершин и очередь обрабатываемых ребер.
from __future__ import annotations
import heapq
from collections.abc import Iterable, Iterator
from typing import Self
type Edge = tuple[int, int, int]
type EdgeVertex = tuple[int, int]
class AdjacencyList:
edge_vertices: list[EdgeVertex]
__slots__ = (
'edge_vertices',
)
def __init__(self) -> None:
self.edge_vertices = []
def __len__(self) -> int:
return len(self.edge_vertices)
def __iter__(self) -> Iterator[EdgeVertex]:
yield from self.edge_vertices
def add_vertex(self, vertex: int, *, weight: int) -> None:
self.edge_vertices.append((vertex, weight))
class Graph:
adjacency_lists: list[AdjacencyList]
__slots__ = (
'adjacency_lists',
)
def __init__(self, *, vertices_count: int = 0) -> None:
self.adjacency_lists = [AdjacencyList() for _i in range(vertices_count)]
def __len__(self) -> int:
return len(self.adjacency_lists)
def __iter__(self) -> Iterator[AdjacencyList]:
yield from self.adjacency_lists
def __getitem__(self, vertex: int) -> AdjacencyList:
return self.adjacency_lists[vertex]
def add_edge(self, edge: Edge) -> None:
self._add_edge(edge)
self._add_edge((edge[1], edge[0], edge[2]))
def _add_edge(self, edge: Edge) -> None:
adjacency_list = self.adjacency_lists[edge[0]]
adjacency_list.add_vertex(edge[1], weight=edge[2])
def get_max_spanning_tree_weight(self) -> int | None:
mst_tool = MaxSpanningTreeTool(self)
return mst_tool.get_weight()
@classmethod
def read(cls, *, vertices_count: int, edges_count: int) -> Self:
graph = cls(vertices_count=vertices_count)
for edge in cls._read_edges_list(edges_count):
graph.add_edge(edge)
return graph
@classmethod
def _read_edges_list(cls, count: int) -> Iterable[Edge]:
for i in range(count):
yield cls._read_edge()
@classmethod
def _read_edge(cls) -> Edge:
values_list = list(map(int, input().split()[:3]))
vertices = list(map(lambda vertex: vertex - 1, values_list[:2]))
weight = values_list[2]
return vertices[0], vertices[1], weight
class VerticesState:
visited: list[bool]
visited_count: int
__slots__ = (
'visited',
'visited_count',
)
def __init__(self, *, vertices_count: int = 0) -> None:
self.visited = [False] * vertices_count
self.visited_count = 0
def all_visited(self) -> bool:
return self.visited_count == len(self.visited)
def is_visited(self, vertex: int) -> bool:
return self.visited[vertex]
def visit(self, vertex: int) -> None:
self.visited[vertex] = True
self.visited_count += 1
type VerticesQueueItem = tuple[int, int]
class VerticesQueue:
items: list[VerticesQueueItem]
__slots__ = (
'items',
)
def __init__(self) -> None:
self.items = []
def __bool__(self) -> bool:
return bool(self.items)
def put(self, vertex: int, *, weight: int) -> None:
heapq.heappush(self.items, (-weight, vertex))
def get(self) -> EdgeVertex:
neg_weight, vertex = heapq.heappop(self.items)
return vertex, -neg_weight
class MaxSpanningTreeTool:
graph: Graph
state: VerticesState
queue: VerticesQueue
__slots__ = (
'graph',
'state',
'queue',
)
def __init__(self, graph: Graph) -> None:
self.graph = graph
self.state = VerticesState()
self.queue = VerticesQueue()
def get_weight(self) -> int | None:
self.state = VerticesState(vertices_count=len(self.graph))
self.queue = VerticesQueue()
weight = 0
self.queue.put(0, weight=0)
while self.queue:
vertex, vertex_weight = self.queue.get()
if self.state.is_visited(vertex):
continue
self.state.visit(vertex)
weight += vertex_weight
for neighbor, neighbor_weight in self.graph[vertex]:
if self.state.is_visited(neighbor):
continue
self.queue.put(neighbor, weight=neighbor_weight)
if self.state.all_visited():
return weight
return None
def main() -> None:
vertices_count, edges_count = map(int, input().split())
graph = Graph.read(
vertices_count=vertices_count,
edges_count=edges_count,
)
weight = graph.get_max_spanning_tree_weight()
print(weight if weight is not None else 'Oops! I did it again')
if __name__ == '__main__':
main()