图论: 二部图的匹配问题 总结

Table of Contents

1. 图的匹配与Berge定理

1.1 图的匹配的相关概念

1.2 Berge定理

2. 二部图的匹配与覆盖

2.1 背景

2.2 二部图匹配存在性判定——Hall定理

2.3 例题:

3. 点覆盖与Konig定理

3.1 图的点覆盖概念与性质

3.2  Konig定理

4. Tutte定理


 

本文仅是简要总结,只包含定理和简单提示,可用于期末复习前的检验

 

1. 图的匹配与Berge定理

1.1 图的匹配的相关概念

匹配M: 不含自环;任意两边无公共顶点;

M饱和点: 匹配M中某条边的顶点;

M非饱和点: 不是M中某条边的顶点;

极大匹配:不能通过加边使匹配M增大的匹配M;

最大匹配:包含边数最多的匹配;

完美匹配:若最大匹配包含了所有顶点,则为完美匹配;

M交错路:一条路,由M中的边和不是M中的边交错构成;

M增广路/M可扩路:起点和终点都是M非饱和点的M交错路。

Note:

极大匹配不一定是最大匹配;

最大匹配一定是极大匹配;

图不一定存在完美匹配;

 

1.2 Berge定理

G的匹配M是最大匹配  当且仅当 G不包含M增广路

证明思路:

必要性显然;充分性反证法,构造对称差运算,利用M增广路证明矛盾。

 

2. 二部图的匹配与覆盖

2.1 背景

饱和X每个顶点的匹配: 可应用于如学生找工作等实际问题;

2.2 二部图匹配存在性判定——Hall定理

设G=(X,Y)二部图,则G存在饱和X每个顶点的匹配的  充要条件 对任意的X的子集S,都有|N(S)|>=|S|

证明思路:

必要性显然;

充分性:反证法;取一个不饱和X的顶点u,构造S和T,利用N(S)=T且|S|=|T|+1得到矛盾;

 

推论: 

若G是k正则二部图,则G存在完美匹配;

证明思路:

首先,因为k正则二部图,故|X|=|Y|;其次,对X的任意非空子集S,必然满足Hall定理,故G存在完美匹配;

 

2.3 例题:

1. 证明每个k方体都有完美匹配(k>=2)

思路1:证明k方体是正则二部图;思路2:直接在k方体中找到完美匹配;

2. 求K_{2n}和K_{n,m}中不同完美匹配的个数

数学归纳法,结果分别为(2n-1)!!; n!

3. 证明树至多存在一个完美匹配

证明:反证法,由树不含圈正矛盾;

 

3. 点覆盖与Konig定理

3.1 图的点覆盖概念与性质

点覆盖概念:顶点子集+邻接边覆盖所有边。

点覆盖:最小点覆盖有意义,其包含点数为G的覆盖数,记为\beta(G)

 

定理:

设M是G的匹配,K是G的点覆盖,若|M|=|K|,则M是最大匹配,K是最小点覆盖。

(类比强对偶定理理解)

 

3.2  Konig定理

在二部图中,最大匹配的边数等于最小点覆盖的顶点数

思路:与Hall定理类似,但取的是所有不饱和顶点u;

 

4. Tutte定理

Tutte定理:

图G有完美匹配当且仅当对任意V(G)的点子集S,有:

o(G-S)<=|S|

其中,o(G-S)表示奇分支数目;

证明不要求

 

例题:

1. 证明3正则无桥图存在完美匹配;

2. 证明一棵树G有完美匹配当且仅当对所有顶点v,有o(G-v)=1

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