Havel-Hakimi定理

Havel定理描述
给定一个非负整数序列{d1,d2,...dn}，若存在一个无向图使得图中各点的度与此序列一一对应，则称此序列可图化。进一步，若图为简单图，则称此序列可简单图化。


可图化的判定比较简单：d1+d2+...dn=0(mod2)。关于具体图的构造，我们可以简单地把奇数度的点配对，剩下的全部搞成自环。


可简单图化的判定，有一个Havel定理，是说: 我们把序列排成不增序，即d1>=d2>=...>=dn，则d可简单图化当且仅当d'=(d2-1, d3-1, ... d(d1+1)-1, d(d1+2), d(d1+3), ... dn)可简单图化。这个定理写起来麻烦，实际上就是说，我们把d排序以后，找出度最大的点(设度为d1)，把它和度次大的d1个点之间连边，然后这个点就可以不管了，一直继续这个过程，直到建出完整的图，或出现负度等明显不合理的情况。


定理的简单证明如下:


(<=)若d'可简单图化，我们只需把原图中的最大度点和d'中度最大的d1个点连边即可，易得此图必为简单图。


(=>)若d可简单图化，设得到的简单图为G。分两种情况考虑:


(a)若G中存在边(V1,V2), (V1,V3), ...(V1,V(d1+1))，则把这些边除去得简单图G'，于是d'可简单图化为G'

(b)若存在点Vi,Vj使得i<j, (V1,Vi)不在G中，但(V1,Vj)在G中。这时，因为di>=dj，必存在k使得(Vi, Vk)在G中但(Vj,Vk)不在G中。这时我们可以令GG=G-{(Vi,Vk),(V1,Vj)}+{(Vk,Vj),(V1,Vi)}。GG的度序列仍为d，我们又回到了情况(a)。

（以下演示转自 “每天进步一点点” 博客: http://sbp810050504.blog.51cto.com/2799422/883904）

Havel-Hakimi定理很容易理解：

三步走就可以了：

比如序列：4 7 7 3 3 3 2 1

下标	1	2	3	4	5	6	7	8
值	4	7	7	3	3	3	2	1

 

第一步：把序列按降序排序。

下标	1	2	3	4	5	6	7	8
值	7	7	4	3	3	3	2	1

 

第二步：删除第一个数7。序列变成

下标	1	2	3	4	5	6	7
值	7	4	3	3	3	2	1

 

第三步：从头开始，数7个数，也就是下标：[1,7]把[1,7]区间里的值都减1

由于第一个数已经删除，那么序列变成这样的了：

下标	1	2	3	4	5	6	7
值	6	3	2	2	2	1	0

然后：

重复第一步：排序。

重复第二步：删除第一个数6

重复第三步：从头开始数6个数：也就是下标【1,6】，把区间【1，6】中的数删除。序列变成：

下标	1	2	3	4	5	6
值	2	1	1	1	0	-1

由于已经出现了-1，而一个点的边数（度）不可能为负数。所以，我们就可以判定序列无法构成一个图，所以此序列是不可图的。

下面再举一个例子：

已经排序：

5

4

3

3

2

2

2

1

1

1.

删除第一个数5：

4

3

3

2

2

2

1

1

1.

 

把前面5个数减1：

3

2

2

1

1

2

1

1

1.

排序：

3

2

2

2

1

1

1

1

1.

删除第一个数3：

 

2

2

2

1

1

1

1

1.

把前面3个数减1：

1

1

1

1

1

1

1

1.

排序：

1

1

1

1

1

1

1

1.

删除第一个数1：

1

1

1

1

1

1

1.

把前面1个数减1：

0

1

1

1

1

1

1.

排序：

1

1

1

1

1

1

0

删除第一个数1：

1

1

1

1

1

0

把前面1个数减1：

0

1

1

1

1

0

排序：

1

1

1

1

0

0

              

依此类推：到最后只剩下：

0

0

0

0

由此判断该序列是可图的。

核心代码：

/*
   判断一个无向图是否可图化
*/

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
int n;
struct node
{
	int id;
	int val;
}a[100];

bool cmp(node x, node y)
{
	return x.val > y.val;
}
int map[20][20];

int Havel()
{
	int i, j;
	for (i = 0; i<n; i++)
	{
		sort(a + i, a + n, cmp);//每次都要排序
		j = a[i].id;//记录头的坐标
		int v = a[i].val;
		if (v > n - i - 1)//如果该点的度超过剩下的数 则不存在图
		{
			return 0;
		}
		for (int k = 1; k <= v; k++)//开始减度
		{
			int x = a[k + i].id;
			a[k + i].val--;
			if (a[k + i].val < 0)
				return 0;//为负数时2无图
			map[j][x] = map[x][j] = 1;
		}
	}
	return 1;
}
int main()
{
	int i, j, t;
	scanf("%d", &t);
	while (t--)
	{
		scanf("%d", &n);
		memset(map, 0, sizeof(map));
		for (i = 0; i < n; i++)
		{
			scanf("%d", &a[i].val);
			a[i].id = i;
		}
		int flag = Havel();
		if (!flag)printf("NO\n");
		else
		{
			printf("YES\n");
			for (i = 0; i < n; i++)
			{
				for (j = 0; j < n; j++)
				{
					if (j == 0)
						printf("%d", map[i][j]);
					else printf(" %d", map[i][j]);
				}
				printf("\n");
			}
		}
		if (t)
			puts("");//poj为什么没换行报wa，hdu上面还是有PE的
	}
}