Паросочетания: основные определения, теорема о максимальном паросочетании и дополняющих цепях — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
(Теорема о максимальном паросочетании и дополняющих цепях)
(Отмена правки 7464 участника 192.168.0.2 (обсуждение))
Строка 22: Строка 22:
 
<tex>\Leftarrow</tex>
 
<tex>\Leftarrow</tex>
  
Рассмотрим паросочетание <tex>M</tex> в графе <tex>G</tex> и предположим, что <tex>M</tex> - не наибольшее. Докажем, что тогда имеется дополняющая цепь относительно <tex>M</tex>. Пусть <tex>M'</tex> - другое паросочетание и <tex>|M'|>|M|</tex>. Рассмотрим подграф <tex>H</tex> графа <tex>G</tex>, образованный теми ребрами, которые входят в одно и только в одно из паросочетаний <tex>M</tex>, <tex>M'</tex>. Иначе говоря, множеством ребер графа <tex>H</tex> является симметрическая разность <tex>M\oplus M'</tex>. В графе <tex>H</tex> каждая вершина инцидентна не более чем двум ребрам (одному из <tex>M</tex> и одному из <tex>M'</tex> ), т.е. имеет степень не более двух. В таком графе каждая компонента связности - путь или цикл. В каждом из этих путей и циклов чередуются ребра из <tex>M</tex> и <tex>M'</tex>. Так как <tex>|M'|>|M|</tex>, имеется компонента, в которой ребер из <tex>M'</tex> содержится больше, чем ребер из <tex>M</tex>. Это может быть только путь, у которого оба концевых ребра принадлежат <tex>M'</tex>. Заметим, что относительно <tex>M</tex> этот путь является дополняющей цепью.
+
В доказательстве используются несколько новых понятий:
 +
{{Определение
 +
|definition= '''Увеличивающая цепь''' - чередующаяся цепь, у которой оба конца свободны.}}
 +
{{Определение
 +
|definition= '''Уменьшающая цепь''' - чередующаяся цепь, у которой оба конца покрыты.}}
 +
{{Определение
 +
|definition= '''Сбалансированная цепь''' - чередующаяся цепь, у которой один конец свободен, а другой покрыт}}
 +
 
 +
Рассмотрим паросочетание <tex>M</tex> в графе <tex>G</tex> и предположим, что <tex>M</tex> - не наибольшее. Докажем, что тогда имеется увеличивающая цепь относительно <tex>M</tex>. Пусть <tex>M'</tex> - другое паросочетание и <tex>|M'|>|M|</tex>. Рассмотрим подграф <tex>H</tex> графа <tex>G</tex>, образованный теми ребрами, которые входят в одно и только в одно из паросочетаний <tex>M</tex>, <tex>M'</tex>. Иначе говоря, множеством ребер графа <tex>H</tex> является симметрическая разность <tex>M\oplus M'</tex>. В графе <tex>H</tex> каждая вершина инцидентна не более чем двум ребрам (одному из <tex>M</tex> и одному из <tex>M'</tex> ), т.е. имеет степень не более двух. В таком графе каждая компонента связности - путь или цикл. В каждом из этих путей и циклов чередуются ребра из <tex>M</tex> и <tex>M'</tex>. Так как <tex>|M'|>|M|</tex>, имеется компонента, в которой ребер из <tex>M'</tex> содержится больше, чем ребер из <tex>M</tex>. Это может быть только путь, у которого оба концевых ребра принадлежат <tex>M'</tex>. Заметим, что относительно <tex>M</tex> этот путь является увеличивающей (дополняющей) цепью.
 
}}
 
}}
  
 
==Литература==
 
==Литература==
 
*  Асанов М. О., Баранский В. А., Расин В. В. - Дискретная математика: Графы, матроиды, алгоритмы. '''ISBN 978-5-8114-1068-2'''
 
*  Асанов М. О., Баранский В. А., Расин В. В. - Дискретная математика: Графы, матроиды, алгоритмы. '''ISBN 978-5-8114-1068-2'''

Версия 06:39, 25 января 2011

Паросочетание в двудольном графе

Определение:
Паросочетание в двудольном графе - произвольное множество ребер двудольного графа, такое что никакие два ребра не имеют общей вершины. Обозначается паросочетание как [math]M[/math].


Определение:
Вершины двудольного графа, инцидентные ребрам [math]M[/math], называются покрытыми, а неинцидентные - свободными.


Определение:
Чередующаяся цепь - путь в двудольном графе, для любых двух соседних ребер которого выполняется, что одно из них принадлежит паросочетанию [math]M[/math], а другое нет.


Определение:
Дополняющая цепь - чередующаяся цепь, у которой оба конца свободны.


Теорема о максимальном паросочетании и дополняющих цепях

Теорема:
Паросочетание [math]M[/math] в двудольном графе [math]G[/math] является максимальным тогда и только тогда, когда в [math]G[/math] нет дополняющей цепи.
Доказательство:
[math]\triangleright[/math]

[math]\Rightarrow[/math]

Пусть в двудольном графе [math]G[/math] с максимальным паросочетанием [math]M[/math] существует дополняющая цепь. Тогда пройдя по ней и заменив вдоль нее все ребра, входящие в паросочетание, на невходящие и наоборот, мы получим большее паросочетание. То есть [math]M[/math] не являлось максимальным. Противоречие.

[math]\Leftarrow[/math]

В доказательстве используются несколько новых понятий:

Определение:
Увеличивающая цепь - чередующаяся цепь, у которой оба конца свободны.


Определение:
Уменьшающая цепь - чередующаяся цепь, у которой оба конца покрыты.


Определение:
Сбалансированная цепь - чередующаяся цепь, у которой один конец свободен, а другой покрыт


Рассмотрим паросочетание [math]M[/math] в графе [math]G[/math] и предположим, что [math]M[/math] - не наибольшее. Докажем, что тогда имеется увеличивающая цепь относительно [math]M[/math]. Пусть [math]M'[/math] - другое паросочетание и [math]|M'|\gt |M|[/math]. Рассмотрим подграф [math]H[/math] графа [math]G[/math], образованный теми ребрами, которые входят в одно и только в одно из паросочетаний [math]M[/math], [math]M'[/math]. Иначе говоря, множеством ребер графа [math]H[/math] является симметрическая разность [math]M\oplus M'[/math]. В графе [math]H[/math] каждая вершина инцидентна не более чем двум ребрам (одному из [math]M[/math] и одному из [math]M'[/math] ), т.е. имеет степень не более двух. В таком графе каждая компонента связности - путь или цикл. В каждом из этих путей и циклов чередуются ребра из [math]M[/math] и [math]M'[/math]. Так как [math]|M'|\gt |M|[/math], имеется компонента, в которой ребер из [math]M'[/math] содержится больше, чем ребер из [math]M[/math]. Это может быть только путь, у которого оба концевых ребра принадлежат [math]M'[/math]. Заметим, что относительно [math]M[/math] этот путь является увеличивающей (дополняющей) цепью.
[math]\triangleleft[/math]

Литература

  • Асанов М. О., Баранский В. А., Расин В. В. - Дискретная математика: Графы, матроиды, алгоритмы. ISBN 978-5-8114-1068-2