二分匹配模版

来源:互联网 发布:windows dns 日志 编辑:程序博客网 时间:2024/05/29 03:04
int lef[N], pn;//lef[v]表示Y集的点v 当前连接的点  bool T[N];     //T[u] 表示Y集 u 是否已连接X集vector<int>G[N]; //匹配边  G[X集].push_back(Y集)  注意G 初始化bool match(int x){ // x和Y集 匹配 返回x点是否匹配成功for(int i=0; i<G[x].size(); i++){int v = G[x][i];if(!T[v]){T[v] = true;if(lef[v] == -1 || match( lef[v] )){lef[v] = x;return true;}}}return false;}int solve(){int ans = 0;memset(lef, -1, sizeof(lef));for(int i = 1; i<= pn; i++)//X集匹配,X集点标号从 1-pn 匹配边是G[左点].size()   {memset(T, 0, sizeof(T));if( match( i ) ) ans++;}return ans;}




二分图指的是这样一种图,其所有顶点可以分成两个集合X和Y,其中X或Y中任意两个在同一集合中的点都不相连,所有的边关联在两个顶点中,恰好一个属于集合X,另一个属于集合Y。给定一个二分图G,M为G边集的一个子集,如果M满足当中的任意两条边都不依附于同一个顶点,则称M是一个匹配。图中包含边数最多的匹配称为图的最大匹配。

     二分图的最大匹配有两种求法,第一种是最大流;第二种就是我现在要讲的匈牙利算法。这个算法说白了就是最大流的算法,但是它跟据二分图匹配这个问题的特点,把最大流算法做了简化,提高了效率。

      增广路径的定义(也称增广轨或交错轨):
  若P是图G中一条连通两个未匹配顶点的路径,并且属M的边和不属M的边(即已匹配和待匹配的边)在P上交替出现,则称P为相对于M的一条增广路径。
由增广路径的定义可以推出下述4个结论:
        1-P的路径长度必定为奇数,第一条边和最后一条边都不属于M。
        2-P上所有第奇数条边都不在M中,所有第偶数条边都出现在M中。
   3-P经过取反操作可以得到一个更大的匹配M’。所谓“取反”即把P上所有第奇数条边(原不在M中)加入到M中,并把P中所有第偶数条边(原在M中)从M中删除,则新的匹配数就比原匹配数多了1个。(增广路顾名思义就是使匹配数增多的路径)
        4-M为G的最大匹配当且仅当不存在相对于M的增广路径。

   最大流算法的核心问题就是找增广路径(augment path)。匈牙利算法也不例外,它的基本模式就是:
     初始时最大匹配为空
      while 找得到增广路径
               do 把增广路径加入到最大匹配中去
      可见和最大流算法是一样的。但是这里的增广路径就有它一定的特殊性。(注:匈牙利算法虽然根本上是最大流算法,但是它不需要建网络模型,所以图中不再需要源点和汇点,仅仅是一个二分图。每条边也不需要有方向。)

      算法的思路是不停的找增广路径, 并增加匹配的个数,增广路径顾名思义是指一条可以使匹配数变多的路径,在匹配问题中,增广路径的表现形式是一条"交错路径",也就是说这条由图的边组成的路径, 它的第一条边是目前还没有参与匹配的,第二条边参与了匹配,第三条边没有..最后一条边没有参与匹配,并且始点和终点还没有被选择过。这样交错进行,显然他有奇数条边。那么对于这样一条路径,我们可以将第一条边改为已匹配,第二条边改为未匹配...以此类推。也就是将所有的边进行"反色",容易发现这样修改以后,匹配仍然是合法的,但是匹配数增加了一对。另外,单独的一条连接两个未匹配点的边显然也是交错路径。可以证明。当不能再找到增广路径时,就得到了一个最大匹配,这也就是匈牙利算法的思路。

3个重要结论:

最小点覆盖数: 最小覆盖要求用最少的点(X集合或Y集合的都行)让每条边都至少和其中一个点关联。可以证明:最少的点(即覆盖数)=最大匹配数
最小路径覆盖=最小路径覆盖=|N|-最大匹配数
用尽量少的不相交简单路径覆盖有向无环图G的所有结点。解决此类问题可以建立一个二分图模型。把所有顶点i拆成两个:X结点集中的i和Y结点集中的i',如果有边i->j,则在二分图中引入边i->j',设二分图最大匹配为m,则结果就是n-m。
二分图最大独立集=顶点数-二分图最大匹配
在N个点的图G中选出m个点,使这m个点两两之间没有边,求m最大值。
如果图G满足二分图条件,则可以用二分图匹配来做.最大独立集点数 = N - 最大匹配数。



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