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二分图

前端技术网 前端技术网 发表于2024-01-26 18:41:23 浏览83 评论0

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一、如何判断一个图是二分图

二分图:

指的是可以用两个不相交的**表示该图的节点,然后该图的每一条边的端点分别位于这两个**中。

二分图

判断二分图方法:

用染色法,把图中的点染成黑色和白色。

首先取一个点染成白色,然后将其相邻的点染成黑色,如果发现有相邻且同色的点,那么就退出,可知这个图并非二分图(一次bfs,O(n))。

匹配:选择若干条边,然后是任意两条边无公共点

树也算是一种特殊的二分图。

求树的最大匹配用树形dp

二分图

f[i,0]表示标号为i的点不选取所能获得的最大匹配数

f[i,1]表示标号为i的点选取所能获得的最大匹配数

f[i,0]=sigma{f[k,1],f[k,0]};(k,表示以i为父节点的点的标号)f[i,1]=sigma{f[k,1],f[k,0]}+1+f[j,0];{j表示与i相连的点,k是除j外的点}

存储图的方法用前向星

前向星的存取:{示例是以有向边为准}

read(x,y);{表示x,y中有一条边相连}

inc(tot);{tot表示目前边的总数}

e[tot]:=y;{表示第tot条边以y结尾}

pre[tot]:=last[x];{表示与第tot条边同起点的前一条边的位置}

last[x]:=tot;{目前以x为起点的最后一条边是tot}

tmp:=last[a];{目前要访问a}

while tmp<>0 do begin{表示还有边}

if not bl[e[tmp]] then dfs(e[tmp]);{表示当前访问的点之前没有被访问过}

tmp:=pre[tmp];

end;

二、具有n个顶点的二分图有多少条边

最多(n^2)/4条边吧!

这个可以自己算出来啊,很好算的!我给你推导一下二分图的最大边数吧!

设总共有n个顶点->

首先,对于完全图来说总共有边数:( n(n-1))/2条->

将完全图的顶点平分时二分图边数最多,即二分为各有n/2个顶点的**->

一个**中的每个点之间都没有边相连接,相比完全图要减掉每个**的不存在边->

两个**中的顶点数都是n/2->

两个**中都会少:((n/2)((n/2)- 1))/2条边->

两个**一共减少了:(n/2)((n/2)- 1)条边->

二分图的边数为完全图边数减去少了的边->

( n(n-1))/2-(n/2)((n/2)- 1),化简得到->

(n^2)/4

即顶点数为n的二分图最多(n^2)/4条边。

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纯手打,自算,有用就采纳吧~

三、二分图的充要条件

无向图G为二分图的充分必要条件是,G至少有两个顶点,且其所有回路的长度均为偶数。

证先证必要性。

设G为二分图<X,E,Y>。由于X,Y非空,故G至少有两个顶点。若C为G中任一回路,令

C=(v0,v 1,v2,…,v l-1,v l= v0)

其中诸vi(i= 0,1,…,l)必定相间出现于X及Y中,不妨设

{v0,v2,v4,…,v l= v0}&Iacute; X

{v1,v3,v5,…,v l-1}&Iacute; Y

因此l必为偶数,从而C中有偶数条边。

再证充分性。

设G的所有回路具有偶数长度,并设G为连通图(不失一般性,若G不连通,则可对G的各连通分支作下述讨论)。

令G的顶点集为V,边集为E,现构作X,Y,使<X,E,Y>= G。取v0&Icirc;V,置

X={v| v= v0或v到v0有偶数长度的通路}

Y= V-X

X显然非空。现需证Y非空,且没有任何边的两个端点都在X中或都在Y中。

由于|V|≥2并且G为一连通图,因此v0必定有相邻顶点,设为v1,那么v1&Icirc;Y;故Y不空。

设有边(u,v),使u&Icirc;X,v&Icirc;X。那么,v0到u有偶数长度的通路,或u= v0;v0到v有偶数长度的通路,或v= v0。无论何种情况,均有一条从v0到v0的奇数长度的闭路径,因而有从v0到v0的奇数长度的回路(因从闭路径上可能删去的回路长度总为偶数),与题设矛盾。故不可能有边(u,v)使u,v均在X中。

“没有任何边的两个端点全在Y中”的证明可仿上进行,请读者思考。

四、二分图匹配的例题

中、日、韩三个足球队进行比赛,已知A不是第一名,B不是韩国队,也不是第二名,第一名不是日本队,中国队第二.问A、B、C各代表哪国队?各是第几名?

我们先来降低难度.先只要求你判断出中、日、韩各是第几名(不必判断A、B、C).可以把中、日、韩各用一个点代表,列于上一行.第一、二、三名各用一个点代表,列于下一行,记为:

V1={中,日,韩},V2={第1名,第2名,第3名}.

V1中的点与V2中某一个点有肯定关系的,就画一条实线,如和②.否定关系的两点之间画一条虚线,如不是②;不是①.把已知条件不加任何推理地表现于图上.虚线2条,实线1条,共3条线.

现在,有两个明显的事实;第一,V1中每点有且只有一条实线与V2中相应点配对,V2中每点有且只有一条实线与V1中相应点配对.V1内部点之间不会有线相联结,V2内部点之间也不会有线相联结.第二,从V1(或V2)中某一个点,例如说a点如发出了一条实线向着V2(或V1)中某一个点,例如说x点,那么a点与V2(或V1)中其他点之间必然只能用虚线联结.(这是逻辑推理中的排它性)

由此,我们很容易将中、日、韩的名次判出.

这样的问题,抽象起来可归属于图论中称之为“二分图的匹配”问题.

图论的名词术语太多,这里不作详细定义,只是描述性介绍一下,大家以前在“一笔画”等讲中已初步接触.所谓二分图,就是顶点**可以划分成两个部分,V=V1+V2,如V1有p个点,记为V1={v1,v2…,vp},V2有q个点,记为V2={vp+1,vp+2…,vp+q},而V1中任意一点,不会与V1中其他点联结,而只能与V2中某些点联结;V2也如此.大家看几个例.

一般的图记为G=(V,E),V是顶点**,E是边(也可称为线)的**.大家在哥尼斯堡七桥问题中已领略过这种抽象.现在的二分图是一类特殊的图,只不过顶点集V划分为两部分,而这只能“跨越”于V1中某个点和V2中另一个点.二分图的匹配问题,就是找一个边的**,这些边之间都没有公共的端点.

关于二分图的匹配,要研究的是“最大匹配”,即找一个边最多的匹配.

就本讲开始引入的问题看,我们还没有解完,因为还有A、B、C三个代号到底如何归于中、日、韩三队的问题.一种解题办法,是把已判出的国籍和名次捆绑在一个顶点内,如(中2)、(韩1)、(日3),再和A、B、C构造一个新的二分图:

显然,推知B是(日3),因为B有2条虚线,而必然有1条实线,只能推出B与(日3)之间为实线.同理,(韩1)只能为C;剩下的唯一的情况留给了A为(中2).全部问题解决了.

再看最初的题目,如果你选择先判断中、日、韩和A、B、C三个代号之间的匹配关系,将会怎样呢?画一个图看,利用已知条件画出实、虚线.

只能利用B不是韩国队及中国队第二,B不是第二(因此B不是中国队)这样一些条件,题目中另二句话:A不是第一名,第一名不是日本队,这种否定关系之间,没有传递性,你不能判定A是不是日本队.因此根据已知条件所画的图中只有两条虚线,之后最多只能确定日、B之间为实线.所以对这样的二分图,无法找出合理的最大匹配.这方法使问题求解走进了死胡同.

那么你选择先判A、B、C和第一、第二、第三名之间的匹配关系,又会怎样呢?画一个图看.

现在也只有二条虚线,仍然无法找出最大匹配,或说解不唯一,对求解问题无助.

现在回过头来看,先找国别与名次之间的匹配,似乎有些“碰运气”,因为完全可以把题目改动,使先找国别与名次的匹配无法解决,例如叙述改为:

中、日、韩三足球队比赛,已知结果为:第1名不是A,第2名不是韩国队也不是B,A不是日本队,中国队为B,问A、B、C,和1、2、3名与各国队如何匹配?

细心读者发现,这只是把原题中A、B、C的地位与1、2、3名的地位互换而已.所以现在改动后的题目,再先抓“国别”和“名次”的匹配,就无法求解.

但是数学要求找出一种解一般问题的方法而不是“碰运气”,而且完全可以找一个例子,使得无论取国别与名次;或国别与代号(A,B,C);或代号与名次这三类二分图的匹配都无法求解,而必须找更广泛意义下的匹配才能解决,为此先介绍一般的三个因素一起考虑的“匹配”方法.

先结合前例,将国别用三个不同点表示于上方,三个名次点表示于左下方,三个代号点表示于右下方.用实线的肯定关系和虚线的否定关系把已知条件“翻译”于图上.

关于二分图的内容到此结束,希望对大家有所帮助。