hall定理(霍爾定理)略解


扯淡

原名好像是叫hall婚姻定理,好象是用來配對的

然后現在被用來做二分圖了

確實非常的好用,這里主要記一下定理的意義極其證明

方便復習

匹配

所謂二分圖匹配,就是在二分圖上找到一個沒有交點的邊集

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(圖片轉載自這里

圖3表示的就是一個二分圖匹配

但是此時3與6的邊也可以加入現在的邊集

所以此時的匹配不是最大匹配,可是即使加上了也不是最大匹配

最大匹配的定義就是,能夠覆蓋的點集的大小最大

那圖4就是最大匹配了,因為他是可以覆蓋點集最大的邊集,也就是邊最多的邊集

當然,此時這個匹配也是這個二分圖的完美匹配

完美匹配的定義就是,能夠覆蓋所有的點的匹配

完美匹配:設 M 是二分圖 G(V1,V2,E)(|V1|≤|V2|) 的一個匹配,若 ∀vi∈V1,∃k∈V2,(vi,k)∈M,則稱 M 為 G 的一個完美匹配。

所以,完美匹配一定是最大匹配,但是最大匹配不一定是完美匹配

好像求二分圖匹配的有一個叫做'匈牙利算法',但是我不會

hall 定理

顯然

我真的覺得挺顯然的,你既然要找到二分圖的完美匹配

就要找到一個邊集覆蓋所有的點而且不能有交點,

邊還只能連接兩側,所以,

二分圖存在完美匹配的一個條件就是兩側點集大小相同

這很顯然吧

定理內容

第二個條件就可以用hall定理來解釋了

Hall 定理:對於一個二分圖 \(G(V1,V2,E)(|V1|≤|V2|)\)
對於\(∀X⊆V1\),定義 \(N(X)={vj|(vi,vj)∈E,vj∈V2,vi∈X}\)
其存在 \(V1\) 的完美匹配的充要條件為 \(∀X⊆V1,|X|≤|N(X)|\)

簡單來說,就是對於二分圖其中一個點集的子集
向另外一個點集連邊,任意這樣的子集所能連到的對應的節點集合大小大於當前集合

證明

必要性的話,顯然吧,如果連邊比當前點集小的話,那就不夠了,一定會有剩下的點,

充分性可以通過網絡流的思想來證明

如果當前二分圖滿足hall定理,但是沒有找到一個完美匹配

那么兩側分別會剩下一些點,此時我們拿出一個點來

這樣的話,這個點一定會有一條連邊連向對面,如果對面的點沒有選那就直接選上

如果被選了,那也選上,然后它之前連的點就會剩下,那么我再次進行這個過程

然后就會出現一條增廣路,最后找到完美匹配。。。

口胡證明,


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