• 「SDFZ听课笔记」二分图&&网络流


    二分图?

    • 不存在奇环(长度为奇数的环)的图
    • 节点能黑白染色,使得不存在同色图相连的图

    这两个定义是等价哒。

    直观而言,就是这样的图:

    二分图有一些神奇的性质,让一些在一般图上复杂度飞天的问题可以在正常时间得到解。(这就是我们研究它的原因鸭!)

     然后是一些可能会用到的定义(确实用到了 还搞得人一头懵逼QAQ

    • 匹配:图中边的一个子集,使这些边没有公共顶点。

    当边数最大化的时候,称这个边集为一组最大匹配。

    • 独立集:图中点的一个子集,使点的导出子图中不存在边。

    人话:选一些点,使得中间任意两个点之间没有边

    • 覆盖:点的集合,使每条边至少跟子集中一个点关联。

    人话:让图中的每条边至少有一个顶点在集合里。

    • 支配集:一个神奇的点集,使每个点要么处于集合之中,要么和集合中至少一点关联

    (被支配的恐惧

    才讲完预备知识!惊不惊喜?!意不意外?!

    求匹配的算法:

    • 匈牙利算法

    时间复杂度$O(NM)$,空间用邻接矩阵是$O(N^2)$,可以用邻接表优化。

    我吹爆这个教会了我们全组的教程!!!

    • Dinic

    时间复杂度$O(msqrt{n})$。

    比匈牙利难码难理解,但是应用范围广多了(最大流算法

    (会了这个还学什么匈牙利

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    —这里有一大段不知所云感觉没什么luan用的Hall定理—

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    König 定理

    这个名字上风骚的两点让人忍不住觉得naïve。

    这个定理就是讲了二分图的最大匹配最大独立集最小覆盖之间的关系。

    首先设图的点数为N,最大匹配的大小为C

    那么有最小覆盖=C最大独立集=N-C

    证明:

    首先我们知道最小覆盖和最大独立集是对偶问题。

    (把最小覆盖的点删掉,剩下来的就是最大独立集啦

    然后就只要证明最小覆盖=最大匹配

    不证了,当结论记叭。(懒

    其实是不会证。

    EG1

    有一个$n*m$的棋盘,其中有一些格子里有怪。

    每次操作,可以选择一行或一列攻击,消灭这一行/列的所有怪。

    求最少需要几次打掉所有怪。(1e5)

    首先建一个二分图,左边$n$个点,代表行;右边$m$个点,代表列。

    设这个怪所在的坐标为$(i,j)$,则把左边第$i$个点和右边第$j$个点连起来。

    然后求一个最小覆盖就行啦。

    EG2

    有一个$n*m$的棋盘,其中有些格子放了马。

    你要去掉一些马,使它们不能相互攻击。

    求留下的马的最大值。(1e5)

    因为马走日,所以如果两个格子能够相互攻击,也就意味着这两个格子不同色。

    所以冲突必然在黑白两色之间。(阴阳之战,一触即发!

    建二分图,一边黑,一边白,如果冲突就连边。

    最后求最大独立集就行了。

    小总结

    • 以上是一些非常“简单直观”的套路。(???气哭
    • 二分图是一个很强的性质,在做题的时候如果发现这是个二分图,就可以试着利用这个性质搞事情儿。

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    最小链覆盖

    定义:在一个DAG中,选择尽可能少的链覆盖整个DAG,使每个点被覆盖至少一次

    求法:

    首先给图求一个传递闭包,之后假定我们选的链两两不相交。

    (传递闭包:若$i$能到$j$,且$j$能到$k$,则在$i$和$k$中间连条线。这样搞出来的图叫做原图的传递闭包。)

    然后建个二分图:

      把每个点$x$拆成$x^{+},x^{-}$,如果原图存在有向边$x->y$,则连边$x^{+}->y^{-}$。

    eg:如果有一张$1->2->3$的图,那么它建起来的二分图↓

    然后无脑求个最大匹配,设结果为$C$。

    那么这张二分图的最大独立集$=$点数$-C=2N-C$//图中亮色点

    结合图像想想可知,每一个点$x$拆成$x^{+},x^{-}$后,$x^{-}$是肯定会亮的。

    所以原图中的的链数应该要在二分图独立集基础上$-N$,即$2N-C-N=N-C$。

    结论:最小链覆盖$=$点数$-$最大匹配

    怎么说呢,这个结论总感觉看着这张图就有通了六脉的觉悟,又说不出来qwq

    最长反链

    定义:在一个DAG中,选出一些点构成集合$S$,若对任意$x_1,x_2 in S$,都有$x_1$走不到$x_2$,且$x_2$走不到$x_1$,那么我们说S是一个反链。

    Dilworth定理说,DAG上 最长反链的大小 等于 最小链覆盖的大小

    也要用上面这张图通六脉。(还是不会证

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    ——然后就到欢欣鼓舞的网络流啦!(超开心——

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    让我们在进入极乐净土之前回顾一下之前听到昏昏欲睡的知识:

    • 二分图是一种超棒的图,有很多超棒的特性
    • 我们可以用匈牙利算法或者Dinic求最大匹配
    • König 定理:最大匹配$=$最小覆盖$=$点数$-$最大独立集

    • 最小链覆盖:先求个传递闭包,然后建二分图跑最大匹配。最小链覆盖$=$点数$-$最大匹配。
    • 最长反链:任意两点都走不了的DAG,最长反链$=$最小链覆盖

    都什么狗屁东西(摔


    网络流

    • 定义:有一个有向图,有源点S和汇点T,每条边有流量限制c。
    • 最大流:一种流水的方法,使流入T的流量最大化。
      • 注意在流水的过程中,除源点/汇点以外的点都是不积水的,也就是源点流出流量=汇点流入流量
    • 反向边:用来后悔的。与原边相反,初始流量为0。
    • 残量网络:把图中所有流量为零的边(包括反向边)删掉,剩下来的图称为残量网络
      • 显然,只要残量网络中存在S到T的通路,那么就一定可以通过这条路使流入T的流量更大。
    • 增广:我们把这样增流的操作称为增广,这条路径叫做增广路
      • 从而,一个流是最大流等价于不存在增广路,也即残量网络中S,T不连通。(Dinic中用bfs()判断能否增广的原理)
    • 最小割:在初始图中割掉流量之和最小的一些边,使S,T不连通。
    • 最大流最小割定理:最大流=最小割
      • 证明略。(这次我是真的因为懒QAQ

    算法

    • EK
      • 据说很好懂?入门级算法叭
      • 理论复杂度$O(NM^{2})$,超慢。
      • 反正我不会。
    • Dinic
      • 最常见的叭。
      • 理论复杂度$O(MN^{2})$,但是通常(绝绝绝大多数时候)跑不到。
      • 不像SPFA总是被卡,通常没人卡Dinic。$n<=1e5$的数据都随便跑。
      • 反正我就会这个,这里是我的板子。
    • ISAP
      • 不像Dinic要跑多次bfs,ISAP只需要跑一次。
      • 所以比Dinic快,但是应该(应该?)快不了多少叭。
      • 反正我不会。(省选再说吧QAQ)

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    好累啊,去做点题休息休息?QAQ

    接下来就是一些题了(估计要集训完才有时间再整理了叭

    我真棒。

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    10.13UPD:自从学了这些鬼东西之后,连dp都变成网络流水题了。

    这些结论是真的好用!无脑的感觉真棒qaq

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