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
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>
#include <queue>

using namespace std;

/*
n - liczba umiejętności (węzłów)
m - liczba zależności (krawędzi)
k - liczba umiejętności (węzłów) do usunięcia

1 <= n <= 300
0 <= m <= 400
0 <= k <= min(n, 4)

Skierowanie krawędzi jest zawsze od mniejszego numeru do większego.

Nie mam żadnego sprytnego pomysłu, więc próbuję metody siłowej 
z ewentualnymi optymalizacjami. Zbuduję całą sieć i spróbuję 
po kolei usuwać wszystkie k-tki węzłów :(    

Optymalizacje:
1) jeśli k = n => 0
2) jeśli k = n-1 => 1
3) jeśli k = 0 to tylko obliczam stopień sieci
4) mogę od razu usunąć wszystkie niepołączone węzły
5) mogę obliczyć stopień oryginalnej sieci (r) i wtedy po usunięciu 
   k węzłów stopień będzie wynosił co najmniej ro_min = sufit(r / (k+1)),
   jak znajdę takie rozwiązanie, to nie ma sensu dalej szukać
5) mogę rozbić sieć na spójne grafy i usunąć wszystkie grafy 
   o stopniu ro_min i mniejszym
7) mogę dla poszczególnych grafów wyliczyć stopnie 
   przy różnych układach, a potem scalić rozwiązanie
*/

class Node;

map<int, Node*> allNodes;


class Node 
{
    private:
        int rank;         // maksymalny stopień węzła dla wszystkich ściażek
        bool inactive;    // węzeł usunięty
        int color;        // kolor węzła - do wyznaczania spójnych podgrafów
    public: 
        vector<int> next; // lista numerów węzłów następnych
        vector<int> prev; // lista numerów węzłów poprzednich

        void setColor(int newColor)
        {
            color = newColor;
        }

        void fillColor(int newColor)
        {
            if (color == newColor)
            {
                return;
            }
            color = newColor;
            for (vector<int>::iterator prevIt = prev.begin(); 
                prevIt != prev.end(); ++prevIt)
            {
                allNodes[*prevIt]->fillColor(color);
            }
            for (vector<int>::iterator nextIt = next.begin(); 
                nextIt != next.end(); ++nextIt)
            {
                allNodes[*nextIt]->fillColor(color);
            }
            
        }

        int getColor()
        {
            return color;
        }

        int getRank()
        {
            if (inactive)
            {
                return 0;
            }
            return rank;
        }

        bool isActive()
        {
            return !inactive;
        }

        void deactivateAlone()
        {
            if (next.size() == 0 && prev.size() == 0)
            {
                inactive = true;
            }
        }

        void deactivate()
        {
            inactive = true;
        }

        void activate()
        {
            inactive = false;
        }

        void addNext(int n)
        {
            next.push_back(n);
        }

        void addPrev(int n)
        {
            prev.push_back(n);
        }

        // zwraca czy został zmieniony
        bool refreshRank()
        {
            int originalRank = rank;
            if (inactive)
            {
                rank = 0;
                return false;
            }
            rank = 1;
            for (vector<int>::iterator prevIt = prev.begin(); 
                prevIt != prev.end(); ++prevIt)
            {
                int prevRank = allNodes[*prevIt]->getRank();
                if (prevRank >= rank)
                {
                    rank = prevRank + 1;
                }
            }
            return (rank != originalRank);
        }
};

class Graph
{
    public: 
        int currRank;      // stopień najdłuższej ścieżki w grafie
        int currBestRank;  // stopień najdłuższej ścieżki w grafie po usunięciu węzłów
        int originalRank;  // stopień najdłuższej ścieżki w oryginalnym grafie
        int bestPossibleRank; // najlepszy hipotetycznie możliwy stopień po usunięciu k węzłów
        vector<int> nodes; //numery węzłów należących do tego grafu, uporządkowane rosnąco

        int colorize()
        {
            for (vector<int>::iterator nodesIt = nodes.begin(); 
                nodesIt != nodes.end(); ++nodesIt)
            {
                allNodes[*nodesIt]->setColor(-1);
            }
            int currColor = 0;
            for (vector<int>::iterator nodesIt = nodes.begin(); 
                nodesIt != nodes.end(); ++nodesIt)
            {
                if (allNodes[*nodesIt]->getColor() == -1 
                    && allNodes[*nodesIt]->isActive())
                {
                    allNodes[*nodesIt]->fillColor(currColor);
                    ++currColor;
                }
            }
            return currColor;
        }

        Graph* getOneColorGraph(int aColor)
        {
            Graph* newGraph = new Graph();
            for (vector<int>::iterator nodesIt = nodes.begin(); 
                nodesIt != nodes.end(); ++nodesIt)
            {
                if (allNodes[*nodesIt]->getColor() == aColor)
                {
                    newGraph->nodes.push_back(*nodesIt);
                }
            }
            return newGraph;
        }

        void deactivateAlone()
        {
            for (vector<int>::iterator nodesIt = nodes.begin(); 
                nodesIt != nodes.end(); ++nodesIt)
            {
                allNodes[*nodesIt]->deactivateAlone();
            }
        }

        void deactivateAll()
        {
            for (vector<int>::iterator nodesIt = nodes.begin(); 
                nodesIt != nodes.end(); ++nodesIt)
            {
                allNodes[*nodesIt]->deactivate();
            }
        }

        void calculateOriginalRank(const int& k)
        {
            currRank = 1;
            for (vector<int>::iterator nodesIt = nodes.begin(); 
                nodesIt != nodes.end(); ++nodesIt)
            {
                Node* node = allNodes[*nodesIt];
                node->refreshRank();
                int nodeRank = node->getRank();
                if (nodeRank > currRank)
                {
                    currRank = nodeRank;
                }
            }
            originalRank = currRank;
            bestPossibleRank = currRank / (k + 1);
            if (currRank % (k + 1) != 0)
            {
                bestPossibleRank += 1;
            }
        }

        void refreshRank(const int& startNodeId)
        {
            int lastDirtyNodeId = -1;
            priority_queue<int, vector<int>, less<int> > dirtyNodes(
                    allNodes[startNodeId]->next.begin(), 
                    allNodes[startNodeId]->next.end());
            while (!dirtyNodes.empty())
            {
                int nodeId = dirtyNodes.top();
                dirtyNodes.pop();
                if (nodeId != lastDirtyNodeId)
                {
                    lastDirtyNodeId = nodeId;
                    Node* node = allNodes[nodeId];
                    if (node->refreshRank())
                    {
                        for (vector<int>::iterator nextIt = node->next.begin();
                             nextIt != node->next.end(); ++nextIt)
                        {
                            dirtyNodes.push(*nextIt);
                        }
                    };
                }
            }
            currRank = 1;
            for (vector<int>::iterator nodesIt = nodes.begin(); 
                nodesIt != nodes.end(); ++nodesIt)
            {
                Node* node = allNodes[*nodesIt];
                int nodeRank = node->getRank();
                if (nodeRank > currRank)
                {
                    currRank = nodeRank;
                }
            }
        }

        int calculateBestRankAfterRemoveNodes(const int& k)
        {
            currBestRank = currRank;
            calculateBestRankAfterRemoveNodes(k, 0);
            return currBestRank;
        }

    private:
        // odpowiada, czy przerwać dalsze szukanie
        bool calculateBestRankAfterRemoveNodes(int k, int startAfter)
        {
            if (k == 0)
            {
                if (currRank < currBestRank)
                {
                    currBestRank = currRank;
                    if (currBestRank == bestPossibleRank)
                    {
                        return true;
                    }
                }
                return false;
            }
            for (vector<int>::iterator nodesIt = nodes.begin(); 
                nodesIt != nodes.end(); ++nodesIt)
            {
                if (*nodesIt > startAfter)
                {
                    Node* node = allNodes[*nodesIt];
                    if (node->isActive())
                    {
                        node->deactivate();
                        refreshRank(*nodesIt);
                        if (calculateBestRankAfterRemoveNodes(k - 1, *nodesIt))
                        {
                            return true;
                        }
                        node->activate();
                        refreshRank(*nodesIt);
                    }
                }
            }
            return false;
        }
};

class MultiGraph
{
    public:
        vector<Graph*> graphs;
        vector<vector<int>> partBestResults;
        vector<int> tempWorst;
        vector<int> tempRemoveLevel;
        int currBestRank;
        int bestPossibleRank;

        void calculateOriginalRank(const int& k)
        {
            for (vector<Graph*>::iterator graphsIt = graphs.begin(); 
                graphsIt != graphs.end(); ++graphsIt)
            {
                (*graphsIt)->calculateOriginalRank(k);
            } 
        }

        void deactivateGraphsWithRankLessOrEqual(const int& rankLimit)
        {
            priority_queue<int> toRemoveIds;
            for (int i=0; i < graphs.size(); ++i)
            {
                if (graphs[i]->originalRank <= rankLimit)
                {
                    toRemoveIds.push(i);
                    graphs[i]->deactivateAll();
                }
            }
            while (!toRemoveIds.empty())
            {
                int remId = toRemoveIds.top();
                toRemoveIds.pop();
                graphs.erase(graphs.begin() + remId);
            }
        }

        int calculateBestRankAfterRemoveNodes(const int& k)
        {
            int worstRank = -1;
            for (int i=0; i < graphs.size(); ++i)
            {
                if (graphs[i]->originalRank > worstRank)
                {
                    tempWorst.clear();
                    tempWorst.push_back(i);
                }
                else if (graphs[i]->originalRank == worstRank)
                {
                    tempWorst.push_back(i);
                }
                partBestResults.push_back(vector<int>());
                partBestResults[i].push_back(graphs[i]->originalRank);
                for (int j = 1; j <= k; ++j)
                {
                    partBestResults[i].push_back(
                        graphs[i]->calculateBestRankAfterRemoveNodes(j));
                }
                tempRemoveLevel.push_back(0);
            }

            currBestRank = graphs[tempWorst[0]]->originalRank;

            // nie da się zminimalizować
            if (tempWorst.size() > k)
            {
                return currBestRank;
            }

            int tempK = k;

            for (vector<int>::iterator worstIt = tempWorst.begin();
                 worstIt != tempWorst.end(); ++worstIt)
            {
                tempRemoveLevel[*worstIt] += 1;
                tempK -=1;
            }

            int tempBest = calculateTempBest();
            bestPossibleRank = tempBest / (tempK + 1);
            if (tempBest % (tempK + 1) != 0)
            {
                bestPossibleRank += 1;
            }
            if (currBestRank == bestPossibleRank)
            {
                return currBestRank;
            }

            calculateBestForNode(tempK, 0);
            return currBestRank;
        }

        bool calculateBestForNode(const int& k, const int& graphId)
        {
            if (k == 0)
            {
                int tempBest = calculateTempBest();
                if (tempBest < currBestRank)
                {
                    currBestRank = tempBest;
                    if (currBestRank == bestPossibleRank)
                    {
                        return true;
                    }
                }
                return false;
            }
            if (graphId >= graphs.size())
            {
                return false;
            }
            for (int localK = k; localK >= 0; --localK)
            {
                tempRemoveLevel[graphId] += localK;
                if (calculateBestForNode(k - localK, graphId + 1))
                {
                    return true;
                }
                tempRemoveLevel[graphId] -= localK;
            }
            return false;
        }

        int calculateTempBest()
        {
            int tempBest = 1;
            for (int i=0; i < graphs.size(); ++i)
            {
                int graphBest = partBestResults[i][ tempRemoveLevel[i] ];
                if (graphBest > tempBest)
                {
                    tempBest = graphBest;
                }
            }
            return tempBest;
        }

};

int main() 
{
    int n, m, k;
    cin >> n >> m >> k;

    if (k == n) 
    {
        cout << 0;
        return 0;
    }
    if (k == n - 1)
    {
        cout << 1;
        return 0;
    }

    Graph net;
    for (int i = 1; i <= n; ++i)
    {
        allNodes[i] = new Node();
        net.nodes.push_back(i);
    }

    int x, y;
    for (int i = 0; i < m; ++i)
    {
        cin >> x >> y;
        allNodes[x]->addNext(y);
        allNodes[y]->addPrev(x);
    }

    net.calculateOriginalRank(k);

    if (k == 0)
    {
        cout << net.originalRank;
        return 0;
    }

    net.deactivateAlone();
    int numberOfColors = net.colorize();

    if (numberOfColors <= 1)
    {
        int bestRank = net.calculateBestRankAfterRemoveNodes(k);
        cout << bestRank;
        return 0;
    }

    MultiGraph multiGraph;

    for (int i = 0; i < numberOfColors; ++i)
    {
        multiGraph.graphs.push_back(net.getOneColorGraph(i));
    }
    multiGraph.calculateOriginalRank(k);
    multiGraph.deactivateGraphsWithRankLessOrEqual(net.bestPossibleRank);
    // został tylko jeden graf
    if (multiGraph.graphs.size() <= 1)
    {
        int bestRank = net.calculateBestRankAfterRemoveNodes(k);
        cout << bestRank;
        return 0;
    }

    int bestRank = multiGraph.calculateBestRankAfterRemoveNodes(k);
    cout << bestRank;
    return 0;
}