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二分图匹配

2013年10月07日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2063字 ⁄ 字号 评论关闭

二分图:二分图是这样一个图,它的顶点可以分类两个集合X和Y,所有的边关联的两个顶点恰好一个属于集合X,另一个属于集合Y。

二分图匹配:给定一个二分图G,在G的一个子图M中,M的边集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。
最大匹配:图中包含边数最多的匹配称为图的最大匹配。
完美匹配:如果所有点都在匹配边上,则称这个最大匹配是完美匹配。

二分图匹配基本概念:

未盖点
设VI是G的一个顶点,如果VI不与任意一条属于匹配M的边相关联,就称VI是一个未盖点。
交错轨
   设P是图G的一条轨,如果P的任意两条相邻的边一定是一条属于M而另一条不属于M,就称P是交错轨。
可增广轨(增广路)
    两个端点都是未盖点的交错轨称为可增广轨。

可增广轨的性质:

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经过取反操作可以得到一个更大的匹配M’。
3:M为G的最大匹配当且仅当不存在相对于M的增广路径。

二分图最大匹配匈牙利算法

算法的思路是不停的找增广轨,并增加匹配的个数,增广轨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,增广轨的表现形式是一条"交错
轨",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"取反",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轨.可以证
明,当不能再找到增广轨时,就得到了一个最大匹配.这也就是匈牙利算法的思路。

代码:

//匈牙利算法复杂度o(nm)

#include

<iostream>

using
namespace
std;
const
int
MAXN = 1001
,MAXM = 1001
;
int
n1,n2,m,ans;

//n1,n2分别为二分图两边节点的个数,两边的节点分别用1..n1,1..n2编号,m为边数

bool
g[MAXN][MAXM];

//图G邻接矩阵g[x][y]

bool
y[MAXM];

//Y集合中点i访问标记

int
link[MAXM];

//link[y]表示当前与y节点相邻的x节点


void
init()
{
    int
x,y;
    memset(g,0
,sizeof
(g));
    memset(link,-1
,sizeof
(link));
    ans = 0
;
    scanf("%d%d%d"
,&n1,&n2,&m);
    for
(int
i = 1
;i <= m;i++)
    {
        scanf("%d%d"
,&x,&y);
        g[x][y] = true
;
    }
}

bool
find(int
x)
//是否存在X集合中节点x开始的增广路

{
    for
(int
i = 1
;i <= n2;i++)
        if
(g[x][i] && !y[i])

//如果节点i与x相邻并且未访问过

        {
            y[i] = true
;
            if
(link[i] == -1
|| find(link[i]))

//如果找到一个未盖点i中或从与i相邻的节点出发有增广路

            {
                link[i] = x;
                return
true
;
            }
        }
    return
false
;
}

int
main()
{
    init();
   
/*for (int j = 1;j <= n2;j++)
        for (int i = 1;i <= n1;i++)
            if (g[i][j] && !link[j])
                link[j] = i;//贪心初始解优化*/


    for
(int
i = 1
;i <= n1;i++)
    {
        memset(y,0
,sizeof
(y));
        if
(find(i))
            ans++;
    }
    printf("%d/n"
,ans);
    return
0
;
}

真正求二分图的最大匹配的题目很少,往往做一些简单的变化:

变种1:二分图的最小顶点覆盖

最小顶点覆盖要求用最少的点(X或Y中都行),让每条边都至少和其中一个点关联。

knoig定理:二分图的最小顶点覆盖数 = 二分图的最大匹配数(m)。

变种2:DAG图的最小路径覆盖

用尽量少的不相交简单路径覆盖有向无环图(DAG)G的所有顶点,这就是DAG图的最小路径覆盖问题。

结论:DAG图的最小路径覆盖数 = 节点数(n)- 最大匹配数(m)

变种3:二分图的最大独立集

结论:二分图的最大独立集数 = 节点数(n)— 最大匹配数(m)

另附几篇他人的日志,以供参考:

二分图 (1)--基本概念
二分图 (2)-- 匹配
二分图 (3)--匈牙利算法
二分图 (4)--霍尔婚姻定理(完全匹配的存在条件)

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