[Baekjoon] 1389: 케빈 베이컨의 6단계 법칙 - (C3, S1) BFS

문제
케빈 베이컨의 6단계 법칙에 의하면 지구에 있는 모든 사람들은 최대 6단계 이내에서 서로 아는 사람으로 연결될 수 있다. 케빈 베이컨 게임은 임의의 두 사람이 최소 몇 단계 만에 이어질 수 있는지 계산하는 게임이다.예를 들면, 전혀 상관없을 것 같은 인하대학교의 이강호와 서강대학교의 민세희는 몇 단계만에 이어질 수 있을까?천민호는 이강호와 같은 학교에 다니는 사이이다. 천민호와 최백준은 Baekjoon Online Judge를 통해 알게 되었다. 최백준과 김선영은 같이 Startlink를 창업했다. 김선영과 김도현은 같은 학교 동아리 소속이다. 김도현과 민세희는 같은 학교에 다니는 사이로 서로 알고 있다. 즉, 이강호-천민호-최백준-김선영-김도현-민세희 와 같이 5단계만 거치면 된다.케빈 베이컨은 미국 헐리우드 영화배우들 끼리 케빈 베이컨 게임을 했을때 나오는 단계의 총 합이 가장 적은 사람이라고 한다.오늘은 Baekjoon Online Judge의 유저 중에서 케빈 베이컨의 수가 가장 작은 사람을 찾으려고 한다. 케빈 베이컨 수는 모든 사람과 케빈 베이컨 게임을 했을 때, 나오는 단계의 합이다.예를 들어, BOJ의 유저가 5명이고, 1과 3, 1과 4, 2와 3, 3과 4, 4와 5가 친구인 경우를 생각해보자.1은 2까지 3을 통해 2단계 만에, 3까지 1단계, 4까지 1단계, 5까지 4를 통해서 2단계 만에 알 수 있다. 따라서, 케빈 베이컨의 수는 2+1+1+2 = 6이다.2는 1까지 3을 통해서 2단계 만에, 3까지 1단계 만에, 4까지 3을 통해서 2단계 만에, 5까지 3과 4를 통해서 3단계 만에 알 수 있다. 따라서, 케빈 베이컨의 수는 2+1+2+3 = 8이다.3은 1까지 1단계, 2까지 1단계, 4까지 1단계, 5까지 4를 통해 2단계 만에 알 수 있다. 따라서, 케빈 베이컨의 수는 1+1+1+2 = 5이다.4는 1까지 1단계, 2까지 3을 통해 2단계, 3까지 1단계, 5까지 1단계 만에 알 수 있다. 4의 케빈 베이컨의 수는 1+2+1+1 = 5가 된다.마지막으로 5는 1까지 4를 통해 2단계, 2까지 4와 3을 통해 3단계, 3까지 4를 통해 2단계, 4까지 1단계 만에 알 수 있다. 5의 케빈 베이컨의 수는 2+3+2+1 = 8이다.5명의 유저 중에서 케빈 베이컨의 수가 가장 작은 사람은 3과 4이다.BOJ 유저의 수와 친구 관계가 입력으로 주어졌을 때, 케빈 베이컨의 수가 가장 작은 사람을 구하는 프로그램을 작성하시오.

입력
첫째 줄에 유저의 수 N (2 ≤ N ≤ 100)과 친구 관계의 수 M (1 ≤ M ≤ 5,000)이 주어진다. 둘째 줄부터 M개의 줄에는 친구 관계가 주어진다. 친구 관계는 A와 B로 이루어져 있으며, A와 B가 친구라는 뜻이다. A와 B가 친구이면, B와 A도 친구이며, A와 B가 같은 경우는 없다. 친구 관계는 중복되어 들어올 수도 있으며, 친구가 한 명도 없는 사람은 없다. 또, 모든 사람은 친구 관계로 연결되어져 있다. 사람의 번호는 1부터 N까지이며, 두 사람이 같은 번호를 갖는 경우는 없다.

출력
첫째 줄에 BOJ의 유저 중에서 케빈 베이컨의 수가 가장 작은 사람을 출력한다. 그런 사람이 여러 명일 경우에는 번호가 가장 작은 사람을 출력한다.

1389번: 케빈 베이컨의 6단계 법칙

 

각 정점으로부터 나머지 정점까지의 거리를 계산하고, 그 거리의 총합이 가장 작은 정점을 찾는 문제이다. 간선 가중치가 없으므로 인접한 정점부터 탐색하는 BFS 알고리즘을 사용하면 된다. 

 

BFS는 시작 정점 v와 인접한 정점들을 queue에 저장하고, 아직 방문하지 않은 정점들을 꺼내어 탐색한다. 따라서 시작 정점을 v라 할 떄, distance[v] = 0으로 설정하고, 방문 정점 w에 대해 distance[w] = distance[v] + 1 과 같이 갱신하면 최단 distance[w]는 v로부터 w까지의 최단거리가 된다. 

 

class Graph
{
private:
    int n_;                       // number of verteces
    vector<vector<int>> adj_mat_; // adjacenct matrix
    vector<bool> visited_;
    vector<int> distance_; // 시작점 v로부터 각 정점까지의 거리를 저장

public:
    Graph(int n);
    void setEdge(int v, int w);
    void setDistance(int v, int d);
    vector<int> getDistance() const;
    bool isEdge(int v, int w) const;
    void resetState();
    void bfs(int v);
};

이를 위해 distance_를 만들어주고 resetState() 함수는 visited_와 distance_를 초기화하는 역할을 한다. 

void Graph::resetState()
{
    fill(visited_.begin(), visited_.end(), false);
    fill(distance_.begin(), distance_.end(), 0);
}

 

bfs는 distance_를 갱신한다.

void Graph::bfs(int v)
{
    queue<int> q;
    visited_[v] = true;
    distance_[v] = 0;
    q.push(v);

    while (!q.empty())
    {
        v = q.front();
        q.pop();

        for (int w = 0; w < n_; w++)
            if (isEdge(v, w) && !visited_[w])
            {
                visited_[w] = true;
                distance_[w] = distance_[v] + 1;
                q.push(w);
            }
    }
}

 

main

int main()
{
    // freopen("input.txt", "r", stdin);
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);

    int N, M;
    cin >> N >> M;
    Graph g(N);

    while (M--)
    {
        int i, j;
        cin >> i >> j;
        g.setEdge(i - 1, j - 1); // 0-base indexing
    }

    int kevin_bacon = INT_MAX;
    int man = 0;
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        int sum = 0;
        g.bfs(i);
        for (const int &d : g.getDistance())
            sum += d;

        if (sum < kevin_bacon || ((sum == kevin_bacon) && (man > i + 1)))
        {
            kevin_bacon = sum;
            man = i + 1;
        }

        g.resetState();
    }

    cout << man;
    return 0;
}

kevin_bacon이 작으면 man을 갱신하고, 같으면 man을 번호가 작은 것으로 갱신한다. 

 

 

전체 코드

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <cmath>
#include <climits>
using namespace std;

class Graph
{
private:
    int n_;                       // number of verteces
    vector<vector<int>> adj_mat_; // adjacenct matrix
    vector<bool> visited_;
    vector<int> distance_; // 시작점 v로부터 각 정점까지의 거리를 저장

public:
    Graph(int n);
    void setEdge(int v, int w);
    void setDistance(int v, int d);
    vector<int> getDistance() const;
    bool isEdge(int v, int w) const;
    void resetState();
    void bfs(int v);
};

Graph::Graph(int n) : n_(n)
{
    adj_mat_.resize(n, vector<int>(n, 0));
    visited_.resize(n, false);
    distance_.resize(n, 0);
}

void Graph::setEdge(int v, int w)
{
    adj_mat_[v][w] = 1;
    adj_mat_[w][v] = 1;
}

void Graph::setDistance(int v, int d)
{
    distance_[v] = d;
}

vector<int> Graph::getDistance() const
{
    return distance_;
}

bool Graph::isEdge(int v, int w) const
{
    return adj_mat_[v][w] == 1;
}

void Graph::resetState()
{
    fill(visited_.begin(), visited_.end(), false);
    fill(distance_.begin(), distance_.end(), 0);
}

void Graph::bfs(int v)
{
    queue<int> q;
    visited_[v] = true;
    distance_[v] = 0;
    q.push(v);

    while (!q.empty())
    {
        v = q.front();
        q.pop();

        for (int w = 0; w < n_; w++)
            if (isEdge(v, w) && !visited_[w])
            {
                visited_[w] = true;
                distance_[w] = distance_[v] + 1;
                q.push(w);
            }
    }
}

int main()
{
    // freopen("input.txt", "r", stdin);
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);

    int N, M;
    cin >> N >> M;
    Graph g(N);

    while (M--)
    {
        int i, j;
        cin >> i >> j;
        g.setEdge(i - 1, j - 1); // 0-base indexing
    }

    int kevin_bacon = INT_MAX;
    int man = 0;
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        int sum = 0;
        g.bfs(i);
        for (const int &d : g.getDistance())
            sum += d;

        if (sum < kevin_bacon || ((sum == kevin_bacon) && (man > i + 1)))
        {
            kevin_bacon = sum;
            man = i + 1;
        }

        g.resetState();
    }

    cout << man;
    return 0;
}