完美匹配例子

探讨如何使用31块多米诺骨牌完全覆盖一个去除特定方格后的8x8棋盘,通过构建数学模型并运用匹配算法解决此问题。

一块多米诺骨牌可以覆盖棋盘的两个方格。请用31块多米诺骨牌盖满一个除去左上和右下方格(在同一对角线上)的棋盘。(一个棋盘由8×8 = 64个方格组成)


n=8;
from=zeros(4*n*n,1,'int32');
to=from;
ind=0;
node=zeros(n,n);
node(:)=0:n*n-1;
for i=1:n
    for j=1:n
        if i==1
            if j==1
            elseif j==n
                from(ind+1:ind+2)=node(i,j);
                to(ind+1)=node(i,j-1);
                to(ind+2)=node(i+1,j);
                ind=ind+2;
            else
                from(ind+1:ind+3)=node(i,j);
                to(ind+1)=node(i,j-1);
                to(ind+2)=node(i+1,j);
                to(ind+3)=node(i,j+1);
                ind=ind+3;
            end
        elseif i==n
            if j==1
                from(ind+1:ind+2)=node(i,j);
                to(ind+1)=node(i-1,j);
                to(ind+2)=node(i,j+1);
                ind=ind+2;
            elseif j==n
            else
                from(ind+1:ind+3)=node(i,j);
                to(ind+1)=node(i,j-1);
                to(ind+2)=node(i-1,j);
                to(ind+3)=node(i,j+1);
                ind=ind+3;
            end
        else
            if j==1
                from(ind+1:ind+3)=node(i,j);
                to(ind+1)=node(i-1,j);
                to(ind+2)=node(i+1,j);
                to(ind+3)=node(i,j+1);
                ind=ind+3;
            elseif j==n
                from(ind+1:ind+3)=node(i,j);
                to(ind+1)=node(i-1,j);
                to(ind+2)=node(i+1,j);
                to(ind+3)=node(i,j-1);
                ind=ind+3;
            else
                from(ind+1:ind+4)=node(i,j);
                to(ind+1)=node(i-1,j);
                to(ind+2)=node(i+1,j);
                to(ind+3)=node(i,j-1);
                to(ind+4)=node(i,j+1);
                ind=ind+4;
            end
        end
    end
end
L=from==0 | from==n*n-1 | to==0 | to==n*n-1;
from(L)=[];
to(L)=[];
inds=find(from>to);
tmp=from(inds);
from(inds)=to(inds);
to(inds)=tmp;
from=double(from);
to=double(to);
A=sparse([from;to],[to;from],1);
[m,c]=matching(A);
if sum(m>0)/2==31
    disp('存在用31块多米诺骨牌盖满该网格的方案')
else
    disp('不存在用31块多米诺骨牌盖满该网格的方案')
end

<think>好的,我现在需要回答用户关于二分图完美匹配算法及实现的问题。首先,我需要回顾一下二分图的基本概念。根据引用[3],二分图是把图中的顶点分成两个不相交的集合,使得每条边都连接这两个集合中的顶点。完美匹配则是指每个顶点都恰好与另一集合中的一个顶点匹配。 接下来,用户提到了完美匹配,所以我要明确完美匹配的定义。完美匹配需要同时满足匹配的两个条件:一是没有两条边共享顶点,二是每个顶点都被匹配到。这意味着在二分图中,两个集合的大小必须相等,否则完美匹配不可能存在。 然后,用户想了解算法及其实现。常见的二分图最大匹配算法有匈牙利算法和KM算法。匈牙利算法适用于无权图,而KM算法用于带权图的最大权匹配,尤其是当带权图存在完美匹配时,可以找到最优解。根据引用[2],KM算法通过维护顶标和相等子图来找到最大权匹配,如果相等子图存在完美匹配,那就是最大权匹配。 在实现方面,匈牙利算法通常使用DFS或BFS来寻找增广路径。DFS实现相对简单,但时间复杂度较高,为$O(VE)$;BFS优化后可以降低时间复杂度。KM算法则需要维护顶标,并通过调整顶标来扩展相等子图,直到找到完美匹配。 需要注意的是,完美匹配的存在条件。例如,二分图必须满足Hall条件:对于任意左部子集,其邻居数量不小于该子集大小。否则,完美匹配不存在。因此,在实现算法前,可能需要先检查这些条件是否满足。 关于代码实现,用户可能需要C语言或Python的例子。根据引用[1]和[4],匈牙利算法的实现通常涉及递归或迭代的增广路径查找。而KM算法则需要更复杂的顶标管理和调整步骤。 最后,用户可能需要了解应用场景。二分图完美匹配常用于任务分配、婚姻匹配等问题,例如将任务分配给工人,使得每个工人恰好做一个任务,且总效率最高。 总结下来,回答需要包括定义、算法步骤、实现方法(可能附代码示例)、存在条件以及应用场景。同时,需要确保正确引用提供的参考资料,并生成相关问题供用户进一步学习。</think>### 二分图完美匹配算法及实现 #### 1. 基本概念 - **二分图**:顶点集分为两个互不相交的子集$U$和$V$,且每条边连接$U$和$V$中的顶点[^3]。 - **完美匹配**:匹配覆盖图中所有顶点,即每个顶点都恰好与一条匹配边关联,且$|U|=|V|$。 #### 2. 算法原理 ##### (1) 匈牙利算法(无权二分图) - **目标**:寻找最大基数匹配。 - **核心思想**:通过寻找增广路径扩展匹配。 - **时间复杂度**:DFS实现为$O(VE)$,BFS优化后更低。 - **算法步骤**: 1. 初始化匹配为空。 2. 对每个未匹配顶点,尝试通过DFS/BFS寻找增广路径。 3. 若找到增广路径,则反转路径上的匹配状态以增加匹配数。 ##### (2) KM算法(带权二分图最大权完美匹配) - **目标**:在满足$A[i]+B[j] = w[i][j]$的相等子图中寻找完美匹配[^2]。 - **核心思想**:维护顶标$A$(左部顶点)和$B$(右部顶点),通过调整顶标扩展相等子图。 - **时间复杂度**:$O(n^3)$。 - **算法步骤**: 1. 初始化顶标,左部顶标为最大边权,右部为0。 2. 尝试在相等子图中寻找完美匹配。 3. 若失败,调整顶标并重复直到成功。 #### 3. 代码实现示例(匈牙利算法,Python) ```python def hungarian_dfs(graph): n = len(graph) match = [-1] * n # 记录右部顶点的匹配 visited = [False] * n def dfs(u): for v in graph[u]: if not visited[v]: visited[v] = True if match[v] == -1 or dfs(match[v]): match[v] = u return True return False result = 0 for u in range(n): visited = [False] * n if dfs(u): result += 1 return result, match # 示例:二分图邻接表表示(左部顶点0~2,右部顶点0~2) graph = [ [0, 1], # 左0连接右0、右1 [1, 2], # 左1连接右1、右2 [0, 2] # 左2连接右0、右2 ] count, matches = hungarian_dfs(graph) print(f"最大匹配数:{count}, 匹配结果:{matches}") ``` #### 4. 完美匹配的存在条件 - **必要条件**:二分图满足**Hall条件**,即任意左部子集$S$的邻居数量$|N(S)| \geq |S|$。 - **充分条件**:若图是**完全二分图**且$|U|=|V|$,则必存在完美匹配。 #### 5. 应用场景 - **任务分配**:将任务(左部)分配给工人(右部),最大化效率[^2]。 - **稳定婚姻问题**:确保匹配结果无“不稳定对”。
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