• 二分图匹配入门之 匈牙利算法


    什么是二分图,什么是二分图的最大匹配,这些定义我就不讲了,网上随便都找得到。二分图的最大匹配有两种求法,第 一种是最大流(我在此假设读者已有网络流的知识);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。匈牙利算法其实很简单,但是网上搜不到什么说得清楚的文章。所以我决定要写一下。
    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,下面我来分析一下。
    (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。)

    图1 图2


    图1是我给出的二分图中的一个匹配:[1,5]和[2,6]。图2就是在这个匹配的基础上找到的一条增广路径:3->6->2->5->1->4。我们借由它来描述一下二分图中的增广路径的性质:

    (1)有奇数条边。
    (2)起点在二分图的左半边,终点在右半边。
    (3)路径上的点一定是一个在左半边,一个在右半边,交替出现。(其实二分图的性质就决定了这一点,因为二分图同一边的点之间没有边相连,不要忘记哦。)
    (4)整条路径上没有重复的点。
    (5)起点和终点都是目前还没有配对的点,而其它所有点都是已经配好对的。(如图1、图2所示,[1,5]和[2,6]在图1中是两对已经配好对的点;而起点3和终点4目前还没有与其它点配对。)
    (6)路径上的所有第奇数条边都不在原匹配中,所有第偶数条边都出现在原匹配中。(如图1、图2所示,原有的匹配是[1,5]和[2,6],这两条配匹的边在图2给出的增广路径中分边是第2和第4条边。而增广路径的第1、3、5条边都没有出现在图1给出的匹配中。)
    (7)最后,也是最重要的一条,把增广路径上的所有第奇数条边加入到原匹配中去,并把增广路径中的所有第偶数条边从原匹配中删除(这个操作称为增广路径的取反),则新的匹配数就比原匹配数增加了1个。(如图2所示,新的匹配就是所有蓝色的边,而所有红色的边则从原匹配中删除。则新的匹配数为3。)

    不难想通,在最初始时,还没有任何匹配时,图1中的两条灰色的边本身也是增广路径。因此在这张二分图中寻找最大配匹的过程可能如下:

    (1)找到增广路径1->5,把它取反,则匹配数增加到1。
    (2)找到增广路径2->6,把它取反,则匹配数增加到2。
    (3)找到增广路径3->6->2->5->1->4,把它取反,则匹配数增加到3。
    (4)再也找不到增广路径,结束。

    当然,这只是一种可能的流程。也可能有别的找增广路径的顺序,或者找到不同的增广路径,最终的匹配方案也可能不一样。但是最大匹配数一定都是相同的。

    对于增广路径还可以用一个递归的方法来描述。这个描述不一定最准确,但是它揭示了寻找增广路径的一般方法:
    “从点A出发的增广路径”一定首先连向一个在原匹配中没有与点A配对的点B。如果点B在原匹配中没有与任何点配对,则它就是这条增广路径的终点;反之,如 果点B已与点C配对,那么这条增广路径就是从A到B,再从B到C,再加上“从点C出发的增广路径”。并且,这条从C出发的增广路径中不能与前半部分的增广 路径有重复的点。

    比如图2中,我们要寻找一条从3出发的增广路径,要做以下3步:
    (1)首先从3出发,它能连到的点只有6,而6在图1中已经与2配对,所以目前的增广路径就是3->6->2再加上从2出发的增广路径。
    (2)从2出发,它能连到的不与前半部分路径重复的点只有5,而且5确实在原匹配中没有与2配对。所以从2连到5。但5在图1中已经与1配对,所以目前的增广路径为3->6->2->5->1再加上从1出发的增广路径。
    (3)从1出发,能连到的不与自已配对并且不与前半部分路径重复的点只有4。因为4在图1中没有与任何点配对,所以它就是终点。所以最终的增广路径是3->6->2->5->1->4。

    但是严格地说,以上过程中从2出发的增广路径(2->5->1->4)和从1出发的增广路径(1->4)并不是真正的增广路径。 因为它们不符合前面讲过的增广路径的第5条性质,它们的起点都是已经配过对的点。我们在这里称它们为“增广路径”只是为了方便说明整个搜寻的过程。而这两 条路径本身只能算是两个不为外界所知的子过程的返回结果。
    显然,从上面的例子可以看出,搜寻增广路径的方法就是DFS,可以写成一个递归函数。当然,用BFS也完全可以实现。

    转载于:http://imlazy.ycool.com/post.1603708.html

    这几天看了不少二分图的文章,还有百度文库,讲的都不怎么地,就这篇文章我觉得对于我这种菜鸟有点帮助:还有一篇模板也炒下吧:

    View Code
    #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)

    转自:http://blog.csdn.net/q3498233/article/details/5786225

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/zibuyu/p/2964996.html
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