增广路
数学算法
若P是图G中一条连通两个未匹配顶点的路径,并且属于M的边和不属于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(举例来说,有A、B集合,增广路由A中一个点通向B中一个点,再由B中这个点通向A中一个点……交替进行)。
主要性质
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,不匹配的边比匹配的边多一。
证明:
根据增广路的定义,P连通两个未匹配顶点,可知P的第一条和最后一条边都不属于M。
我们设,且.
由于P中的边交替出现,即.
我们可以令,即
由于,可知.
可知 n-1=2k, 所以n=2k+1,且匹配的边比不匹配的边多1.
2-不断寻找增广路可以得到一个更大的匹配M’,直到找不到更多的增广路。
证明:
我们可以构造一条另外的路径取代,从而找到一个更大的匹配。
,.
由性质1,在P中不匹配的边比匹配的边多1,那么在P'中,匹配的边比不匹配的边多1.
所以。
3-M为G的最大匹配当且仅当不存在M的增广路径。
引理1: 对于图G的任意两个匹配M和M',它们的对称差的连通分支是
一条路径或者一个长度为偶数的圆。
证明:, e要么是M中的一条边,要么是M'中的一条边,但不能同时出现于M和M'中。且对于e的
邻边e',e和e‘必然来自两个不同的匹配,因为一个顶点只能出现于一个匹配中。所以对于e的任意一个顶点u,
d(u)=1(没有通过顶点u与e相邻的边)或者d(u)=2 (e有一条公用顶点u的邻边)。
. 所以对称差中的连通分支要么是一条路径,要么是一个圆。
对于其中的圆,由于圆中的每一条边,其邻边必然来自不同的匹配中,所以圆的长度必然为偶数。
必要性:
假设M为G的最大匹配且存在M的增广路径P,由性质2,我们可以通过P来构建路径P'从而找到比M更大的匹配。
所以一定不存在M的增广路径。
充分性:
即如果不存在M的增广路径,那么M为G的最大匹配。
我们找到它的逆否命题:如果M不是G的最大匹配,那么一定存在M的增广路径。
要证明这个等价的逆否命题,我们必须利用引理1.
我们设M'是比M更大的一个G的匹配。我们找到它们的对称差,可知其连通分支为路径或圆。由于圆的
长度为偶数,所以必然有同样多的边来自M和M'。由于,存在至少一条路径,其中有k条边
来自于M,剩余的k+1条边来自M'。该条路径就是一条M的增广路径,所以我们必然可以找到一条M的增
广路径,该命题成立,所以充分性成立。
应用
参考资料
最新修订时间:2023-05-04 20:42
目录
概述
主要性质
参考资料