二分图最大(基数)匹配以及与其等价的几个问题

本文介绍了二分图中最大独立点集、最小顶点覆盖集、最大完全子图的概念,并探讨了它们之间的等价性。在二分图中,这些问题是与最大(基数)匹配等价的,可以通过匈牙利算法找到多项式时间内的解。文章还阐述了最大匹配与最小顶点覆盖集的弱对偶性以及如何通过算法证明这一等价性。

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一.最大独立点集的定义
给定无向图G(V,E),其中A为顶点集合V的子集,且E∩{(i,j) | i,j∈A}=空集.
求A,使得|A|最大

二.最小顶点覆盖集的定义
给定无向图G(V,E),一个顶点覆盖集(vertex covering)是指顶点集S(S为V的子集),使得G中任一条边(x,y)至少有一端点在S中.
求S,使得|S|最小

三.最大完全子图的定义
给定无向图G(V,E),其中C为顶点集合V的子集,对于任意两个点i,j∈C,且i≠j,有(i,j)∈E.
求C,使得|C|最大

四.三者的等价性
(1)最大独立点集与最小顶点覆盖集的等价性
假设A为G(V,E)的一个独立点集,令B=V-A,则B为V的子集.
那么很容易就可以得出这样的结论:对于任意一条边(i,j)∈E,有i∈B或j∈B
所以B是图G(V,E)的顶点覆盖集
于是|A|=|V|-|B|,也就是说最大独立点集与最小顶点覆盖集是等价的两个问题.
在这个转化过程中就用到了点的“补集转化”——用点集V减去求解目标集合A,以得到新的目标集合B
(2)最大独立点集与最大完全子图的等价性
假设C为G(V,E)的一个完全子图
令全集U={(i,j) | (i,j)∈V},令E'=U-E,
则在无向图G'(V,E')中,有E∩{(i,j)| i,j∈C}=空集,所以C也是图G'的最大独立点集。

五.二部图中的最大独立点集/最小顶点覆盖集/最大完全子图/最大(基数)匹配
对于普通图而言,最大独立点集/最小顶点覆盖集/最大完全子图都是NPC问题。
但对于二分图/二部图/偶图来说

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