$\newcommand{\O}{\mathrm{O}}$ My Algorithm : kopricky アルゴリズムライブラリ

kopricky アルゴリズムライブラリ

Exact Treewidth *O(2^n) Algorithm

コードについての説明

木幅の exact な値を DP を用いて計算するアルゴリズム. 説明すると長くなるので気になる方は下記の論文を参照してください.
"On exact algorithms for treewidth" [Bodlaender et al. 2006]

時間計算量: $\O^{\ast} (2^n)$ ($\mathrm{poly} (n)$ の factor は省略)

コード

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<set>
#define INF 1000000005

const int MAX_SIZE = 25;

std::vector<int> graph[MAX_SIZE];

std::pair<int, int> maximum_clique(int node_size)
{
    std::vector<std::vector<bool> > connected(node_size, std::vector<bool>(node_size, false));
    for(int i = 0; i < node_size; i++){
        for(int j = 0; j < (int)graph[i].size(); j++){
            connected[i][graph[i][j]] = true;
        }
    }
    int ans_value = 0;
    int ans_set = 0;
    for(int S = (1 << node_size) - 1; S >= 1; S--){
        int S_size = __builtin_popcount(S);
        if(S_size <= ans_value){
            continue;
        }
        bool ok = true;
        for(int i = 0; i < node_size; i++){
            for(int j = 0; j < i; j++){
                if(((S >> i) & (S >> j) & 1) && !connected[i][j]){
                    ok = false;
                }
            }
        }
        if(ok){
            ans_value = S_size;
            ans_set = S;
        }
    }
    return std::make_pair(ans_value, ans_set);
}

void solve_Q_size(const int v, int cur_vertex, const int subset, int& Q_size, int& visited)
{
    visited |= (1 << cur_vertex);
    for(int i = 0; i < (int)graph[cur_vertex].size(); i++){
        int next_vertex = graph[cur_vertex][i];
        //一度訪れた点はたどらない
        if(visited & (1 << next_vertex)){
            continue;
        }
        //subsetに含まれていたらさらにたどる,含まれていなかったらQ_sizeを増やして終了
        if(subset & (1 << next_vertex)){
            solve_Q_size(v, next_vertex, subset, Q_size, visited);
        }else{
            visited |= (1 << next_vertex);
            Q_size++;
        }
    }
    return;
}

int solve_treewidth(int node_size)
{
    int V = (1 << node_size) - 1;
    std::pair<int, int> res = maximum_clique(node_size);
    int max_clique_size = res.first, max_clique = res.second;
    int upper_bound = node_size - 1;
    std::set<std::pair<int, int> > tw[MAX_SIZE];
    tw[0].insert(std::make_pair(0, -INF) );
    for(int i = 1; i <= node_size - max_clique_size; i++){
        for(const std::pair<int, int> element: tw[i-1]){
            int subset = element.first;
            int tw_value = element.second;
            for(int v = 0; v < node_size; v++){
                if(!(subset & (1 << v))){
                    int next_subset = subset ^ (1 << v);
                    int Q_size = 0;
                    int visited = 0;
                    solve_Q_size(v, v, subset, Q_size, visited);
                    int candidate = std::max(tw_value, Q_size);
                    if(candidate < upper_bound){
                        upper_bound = std::min(upper_bound, node_size - i);
                        std::set<std::pair<int, int> >::iterator it =
                            std::lower_bound(tw[i].begin(), tw[i].end(), std::make_pair(next_subset, -INF));
                        if(it == tw[i].end()){
                            tw[i].insert(std::make_pair(next_subset, candidate));
                            continue;
                        }
                        std::pair<int, int> it_value = *it;
                        //存在していたら
                        if(it_value.first == next_subset){
                            if(candidate < it_value.second){
                                tw[i].erase(it);
                                it_value.second = candidate;
                                tw[i].insert(it_value);
                            }
                        }else{
                            tw[i].insert(std::make_pair(next_subset, candidate));
                        }
                    }
                }
            }
        }
        tw[i-1].clear();
    }
    std::set<std::pair<int, int> >::iterator it =
        std::lower_bound(tw[node_size - max_clique_size].begin(), tw[node_size - max_clique_size].end(), std::make_pair(V ^ max_clique, -INF));
    if(it == tw[node_size - max_clique_size].end()){
        return upper_bound;
    }
    std::pair<int, int> it_value = *it;
    if(it_value.first == (V ^ max_clique) && it_value.first != 0){
        return it_value.second;
    }else{
        return upper_bound;
    }
}

int main(){
    int node_size, edge_size;
    std::cin >> node_size >> edge_size;
    for(int i = 0; i < edge_size; i++){
        int u,v;
        std::cin >> u >> v;
        graph[u].push_back(v), graph[v].push_back(u);
    }
    clock_t start = clock();    // スタート時間
    std::cout << solve_treewidth(node_size) << std::endl;
    clock_t end = clock();     // 終了時間
    std::cout << "duration = " << (double)(end - start) / CLOCKS_PER_SEC << "sec.\n";
}

verify 用の問題

verify していません(verify 問題を知らない)