P2011 - 计算电压 题解

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P2011 - 计算电压 题解
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题目地址:P2011

题目难度:省选/NOI-

现给定一个电阻网络,已知其中每条边上的电阻,和若干个点和负极之间的电压(电源电压不变) ,现在求任意两点之间的电压。

对于 的数据,

要解决这道题,我们首先要明白一个定理,即 电流定律(,或称 第一定律)。定理内容如下:

Quote

电路中任意一个节点上,在任何时刻,流入这个节点的电流之和等于流出这个节点的电流之和。

于是我们把每一个接线柱分开来看。假如当前在讨论接线柱 ,假设电流从若干接线柱流出并流入 ,那么记 为这些接线柱的集合;相应地,如果电流从 流出,并流入另一些接线柱,那么记这些接线柱的集合为 。此时根据欧姆定律有如下关系:

发现此时又要求每个电阻丝的电压,非常的麻烦。根据高中知识可得,导体两端的电压其实就等于它两端的电势之差,假如电阻丝 左右分别连接着接线柱 ,那么 。上式转化为:

发现最后的这个方程式可以使用高斯消元来解决,在系数矩阵中分别填入 ,作为系数。此时需要注意,第 项的系数应是 。对于题目中已经给定的值,即直接与正极相连的接线柱只需要列出形如 的方程即可。不难发现方程组有 条方程, 个未知数,是一定有解的。题目的询问就可以转化成求两接线柱之间的电势差了。

#include <bits/stdc++.h>
#define N 210
using namespace std;
typedef pair<int, double> PID;
const double EPS = 1e-12;
vector<PID> G[N];
double matrix[N][N];
double voltage[N];
double start[N];
int gauss(int n) {
int rank = 0;
for (int c = 0, r = 0; c <= n; c++) {
int t = r;
for (int i = r; i <= n; i++) {
if (abs(matrix[i][c]) > abs(matrix[t][c])) t = i;
}
if (abs(matrix[t][c]) < EPS) continue;
if (t ^ r) swap(matrix[t], matrix[r]);
for (int i = n + 1; i >= c; i--) matrix[r][i] /= matrix[r][c];
for (int i = 0; i <= n; i++) {
if (abs(matrix[i][c]) > EPS && i ^ r) {
for (int j = n + 1; j >= c; j--) {
matrix[i][j] -= matrix[i][c] * matrix[r][j];
}
}
}
r++;
rank++;
}
for (int i = 0; i <= n; i++) voltage[i] = matrix[i][n + 1];
return 2;
}
void out(int n) {
cerr << "------------------" << endl;
for (int i = 0; i <= n; i++) {
for (int j = 0; j <= n + 1; j++) {
cerr << fixed << setprecision(2) << setw(10) << matrix[i][j];
}
cerr << endl;
}
cerr << "------------------" << endl;
}
int main() {
ios::sync_with_stdio(false);
cin.tie(nullptr);
cout.tie(nullptr);
int n, m, k, q;
cin >> n >> m >> k >> q;
while (k--) {
int u;
cin >> u >> start[u];
}
while (m--) {
int u, v;
double w;
cin >> u >> v >> w;
G[u].emplace_back(v, w);
G[v].emplace_back(u, w);
}
matrix[0][0] = 1.0;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
double sum = 0.0;
if (abs(start[i]) > EPS) {
matrix[i][i] = 1.0;
matrix[i][n + 1] = start[i];
continue;
}
for (auto p: G[i]) {
int u = p.first;
matrix[i][u] += 1.0 / p.second;
sum += 1.0 / p.second;
}
matrix[i][i] = -sum;
}
gauss(n);
while (q--) {
int u, v;
cin >> u >> v;
cout << fixed << setprecision(2) << voltage[u] - voltage[v] << endl;
}
return 0;
}

说句闲话:第一学月物理考试彻底炸了……诺贝尔物理学奖颁给了机器学习……我在这里写信息学物理题题解……

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发布于
2024-10-09
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