km演算法與最佳匹配

2021-06-01 00:09:56 字數 2164 閱讀 1101

km演算法

該演算法是通過給每個頂點乙個標號(叫做頂標)來把求最大權匹配的問題轉化為求完備匹配的問題的。設頂點xi的頂標為a[ i ],頂點yj的頂標為b[ j ],頂點xi與yj之間的邊權為w[i,j]。在演算法執行過程中的任一時刻,對於任一條邊(i,j),a[ i ]+b[j]>=w[i,j]始終成立。

km演算法的正確性基於以下定理:

若由二分圖中所有滿足a[ i ]+b[j]=w[i,j]的邊(i,j)構成的子圖(稱做相等子圖)有完備匹配,那麼這個完備匹配就是二分圖的最大權匹配。

首先解釋下什麼是完備匹配,所謂的完備匹配就是在二部圖中,x點集中的所有點都有對應的匹配或者是

y點集中所有的點都有對應的匹配,則稱該匹配為完備匹配。

這個定理是顯然的。因為對於二分圖的任意乙個匹配,如果它包含於相等子圖,那麼它的邊權和等於所有頂點的頂標和;如果它有的邊不包含於相等子圖,那麼它的邊權和小於所有頂點的頂標和。所以相等子圖的完備匹配一定是二分圖的最大權匹配。

初始時為了使a[ i ]+b[j]>=w[i,j]恆成立,令a[ i ]為所有與頂點xi關聯的邊的最大權,b[j]=0。如果當前的相等子圖沒有完備匹配,就按下面的方法修改頂標以使擴大相等子圖,直到相等子圖具有完備匹配為止。

我們求當前相等子圖的完備匹配失敗了,是因為對於某個x頂點,我們找不到一條從它出發的交錯路。這時我們獲得了一棵交錯樹,它的葉子結點全部是x頂點。現在我們把交錯樹中x頂點的頂標全都減小某個值d,y頂點的頂標全都增加同乙個值d,那麼我們會發現:

1)兩端都在交錯樹中的邊(i,j),a[ i ]+b[j]的值沒有變化。也就是說,它原來屬於相等子圖,現在仍屬於相等子圖。

2)兩端都不在交錯樹中的邊(i,j),a[ i ]和b[j]都沒有變化。也就是說,它原來屬於(或不屬於)相等子圖,現在仍屬於(或不屬於)相等子圖。

3)x端不在交錯樹中,y端在交錯樹中的邊(i,j),它的a[ i ]+b[j]的值有所增大。它原來不屬於相等子圖,現在仍不屬於相等子圖。

4)x端在交錯樹中,y端不在交錯樹中的邊(i,j),它的a[ i ]+b[j]的值有所減小。也就說,它原來不屬於相等子圖,現在可能進入了相等子圖,因而使相等子圖得到了擴大。

現在的問題就是求d值了。為了使a[ i ]+b[j]>=w[i,j]始終成立,且至少有一條邊進入相等子圖,d應該等於:

min。

程式:

function find(x:longint):boolean;

var y:longint;

begin

vx[x]:=true;

for y:=1 to n do

if (not vy[y])and(lx[x]+ly[y]=w[x,y]) then

begin

vy[y]:=true;

if (b[y]=0)or find(b[y]) then

begin

b[y]:=x;

exit(true);

end;

end;

exit(false);

end;

procedure km;

begin

for i:=1 to n do

begin

max:=0;

for j:=1 to n do

if w[i,j]>max then

max:=w[i,j];

lx[i]:=max;

end;

for k:=1 to n do

repeat

fillchar(vx,sizeof(vx),0);

fillchar(vy,sizeof(vy),0);

if find(k) then break;

d:=maxlongint;

for i:=1 to n do

if vx[i] then

for j:=1 to n do

if not vy[j] then

if lx[i]+ly[j]-w[i,j]d:=lx[i]+ly[j]-w[i,j];

for i:=1 to n do

begin

if vx[i] then dec(lx[i],d);

if vy[i] then inc(ly[i],d);

end;

until false;

end;

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