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最大权独立集的相关概念

作者: 作者的头像   小小_88 ,  2022-08-14 14:11:29 ,  所有人可见 ,  阅读 664


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最大权独立集的相关概念

独立集: 给定一个一般图 $G(V, E)$,选出图中的某一个点集,使得选出的所有点之间不存在边,则将这个点集称为原图的 独立集


最大权独立集: 给定一个有向图 $G(V, E)$,每个点上有一个非负权值,而图中权值和最大的独立集称为 最大权独立集


如何求最大权独立集:

最大权独立集和最小权点覆盖集问题一样,在一般情况下都是一个 NP 完全问题(NPC 问题),只能用爆搜来解决,但是在二分图中却具有非常高效的特殊做法。

结论:最大权点独立集 $=$ 所有点的总权值 $-$ 最小权点覆盖集

若整个点集是 $V$,点覆盖集是 $V_1$,那么补集就是 $V_2 = V - V_1$。

这里有一个性质,任意一个点覆盖集的补集都一定是独立集。这里进一步证明这个性质。可以用反证法,假设点覆盖集 $V_1$ 的补集 $V_2$ 不是独立集,说明 $V_2$ 中存在两个点 $u, v$ 之间存在一条边 $(u, v)$。由于 $V_1$ 同样是 $V_2$ 的补集,说明 $V_1$ 中一定不包含 $u, v$ 这两个点,那么 $(u, v)$ 这条边的两个点就都不在 $V_1$ 中,即 $V_1$ 不是一个点覆盖集,与条件矛盾,反证得出任意一个点覆盖集的补集都是一个独立集。

以上性质反过来,任意一个独立集的补集都一定是点覆盖集。同样用反证法,假设独立集 $V_2$ 的补集 $V_1$ 不是点覆盖集,就必然存在一条边 $(u, v)$,使得这条边的两个点 $u, v$ 都不在 $V_1$,即一定在 $V_2$ 中,也就说明 $V_2$ 中存在两个点 $u, v$ 之间是有边的,所以 $V_2$ 就不是一个独立集,反证得出任意一个独立集的补集都是一个点覆盖集。

可以发现独立集和点覆盖集之间是存在补集这样一个对应关系的,然后看一下两者之间的数量关系,数量关系就非常明显了,因为 $V_1$ 和 $V_2$ 互为补集,所以两个集合的权值总和就等于所有点的权值和,即 $w(V_1) + w(V_2) = w(V)$,而 $w(V)$ 是一个固定值,因此想让 $w(V_2)$ 取最大,$w(V_1)$ 就必然取到最小,因此要想求最大全独立集,只需要求一下最小权点覆盖集,最小权点覆盖集的补集就是最大权独立集,由此得证结论。

2 评论


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KST   4个月前         踩      回复

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xyzfrozen   2023-04-27 15:12         踩      回复

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