ZR 集训 Day27 – 匹配与网络流

ooliver 发布于 4 小时前 49 次阅读 OI


AI 摘要

匹配、覆盖、独立集,形式各异,却同归恒等式;有向无环图路径覆盖,拆点后变成匹配;最大流等于最小割,平面图最小割又化作最短路。看似分散的定理,经拆点图、对偶图一线贯通——这正是网络流理论最美的地方。

一些笔记:

一些关系

二分图匹配大小 = 最小点覆盖大小 = $|V|$ - 二分图最大独立集。

DAG 最小路径覆盖 = $|V|$ - 拆点图最大匹配 = 偏序集最长反链(即在 DAG 上选出最大的两两不可到达的点集)。

什么是拆点图?

对于 DAG 中每一条边 $u \rightarrow v$,我们在新图中连无向边:$(u_r,v_l)$,则形成了一个二分图。这个二分图即原 DAG 的拆点图。

Hall 定理:

邻集定义:

$$
N(S) = { v \in Y \mid \exists u \in S,\ (u,v) \in E }
$$

$N(S)$:集合 $S$ 的邻集,即 $S$ 中所有顶点能一步到达的邻居的集合。
$S$:左侧顶点集合 $X$ 的任意一个子集。
$Y$:二分图右侧的顶点集合。
$E$:二分图中所有边的集合。

霍尔定理:

$$
\forall S \subseteq X,\quad |S| \le |N(S)|
$$

$|S|$:集合 $S$ 中顶点的个数。
$|N(S)|$:集合 $N(S)$ 中顶点的个数。

König-Hall 公式(最大匹配数):

$$
\nu(G) = |X| - \max_{Ss \subseteq X} \big( |S| - |N(S)| \big)
$$

$\nu(G)$:最大匹配大小。
$|X|$:左侧顶点总数。
$\max_{S \subseteq X}$:在所有子集 $S$ 中取最大值。

缺陷形式:

$$
\delta = \max_{S \subseteq X} \big( |S| - |N(S)| \big)
$$

$$
\nu(G) = |X| - \delta
$$

$\delta$:缺陷值,必须放弃的最少顶点数。

网络流相关:

最大流 = 最小割

平面图最小割 = 对偶图最短路

什么是对偶图?

对偶图是与平面图相伴的一种图。在图论中,对偶图是通过将平面图的面转换为顶点,并将面之间的公共边转换为对偶图中的边来构造的。

对偶图的构造方法

  1. 选择顶点:在给定平面图的每个面中任选一个点作为对偶图的顶点。
  2. 连接边:对于平面图中两个面共有的边,在对偶图中连接这两个面的顶点,并且连线穿过这条公共边。
  3. 处理割边:如果平面图中的某条边是某个面的割边,则在对偶图中以该面的顶点作环,并让它与这条边相交。

对偶图的性质

  • 顶点数:对偶图的顶点数等于原平面图的面数。
  • 边数:对偶图的边数等于原平面图的边数。
  • 面数:对偶图的面数等于原平面图的顶点数。
  • 度数关系:对偶图中顶点的度数等于原平面图中对应面的度数。