【学习笔记】2-SAT

发布时间 2023-04-23 21:27:00作者: SoyTony

适应性问题

存在若干命题 \(p_i\),以及若干形如 \(x_{k_1}\lor x_{k_2}\lor\dots\lor x_{k_n}\)\(s_k\),其中 \(x_i\)\(p_i\)\(\lnot p_i\) 其中一个。

要求是否存在一个命题的取值集合使得条件 \(s\) 均成立,其中每个条件最多包含 \(n\) 个命题,这样的问题称为 n-SAT 问题,\(n\ge 3\) 的情况已被证明为 NP-complete 问题。

图论建模

考虑单个条件 \(p_i\lor p_j\),这意味这 \(\lnot p_i\Rightarrow p_j,\lnot p_j\Rightarrow p_i\),即如果其中一个命题不成立,那么为保证条件成立,另一命题必须成立。

考虑按照这种“逻辑推理”的方式连有向边,那么如果存在路径使得 \(p_i\) 可达 \(\lnot p_i\),则 \(p_i\) 一定不成立,更进一步说,如果 \(p_i\)\(\lnot p_i\) 在同一强连通分量中,则一定没有合法解。

这个过程用 Tarjan 来实现。

对于其他形式的条件,也可以建出模型,主要就是一个若 A 则 B 的连边过程。

而如果钦定 \(p_i\) 一定成立,实际就是 \(\lnot p_i\) 一定不成立,因此连边 \(\lnot p_i\to p_i\) 即可。

由于命题与其逆否命题的真假性相同,我们若 A 则 B 的连边同样一定可以连出若非 B 则非 A 的连边。

求一组合法解

在判断有解基础上,我们得到一个 DAG,而如果 \(p_i\) 成立,其必要条件是 \(p_i\) 不可达 \(\lnot p_i\),换言之如果 \(p_i\) 对应强连通分量的拓扑序在 \(\lnot p_i\) 之后,则 \(p_i\) 本身一定成立。

考虑证明这样单独考虑后全局也是合法的,设已知拓扑序有 \(t_{p_i}>t_{\lnot p_i},t_{p_j}>t_{\lnot p_j}\),假设 \(p_i\) 可达 \(\lnot p_j\),可知 \(t_{\lnot p_i}<t_{p_i}\le t_{\lnot p_i}\),由连边的对称性得 \(p_j\) 同样可达 \(\lnot p_j\),于是 \(t_{\lnot p_j}\le t_{p_j}<t_{\lnot p_i}\),二者矛盾。故全局合法。

实际上不需要拓扑排序,因为我们本质是要知道是否可达,而如果存在强连通分量外的边 \((u,v)\),而 \(v\) 先弹出,则 \(v\) 所在强连通分量的编号更小,相当于反向拓扑。所以只需要判断 \(p_i\) 强连通分量编号是否比 \(\lnot p_i\),如果是则取 \(p_i\),反之取 \(\lnot p_i\)

例题

洛谷-P5782 [POI2001] 和平委员会

模板题,直接建模即可。

洛谷-P3825 [NOI2017] 游戏

如果不存在 \(x\) 类型,则可以每个命题只有真与假,正常建模可以求出答案。

如果枚举钦定 \(x\) 类型的选取方案,复杂度是 \(O(3^d(n+m))\),不能通过。

注意到枚举选取方案是小题大做的,因为我们的处理范围是剩下两个选择,因此可以改为枚举不选那个,这样枚举不选 A 或不选 B 两种,对于单个来说就覆盖了三种选择情况,即可以覆盖所有可能,复杂度是 \(O(2^d(n+m))\)

参考资料