问题分析
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区间选点问题:在数轴上选择最少的点,使得每个区间内至少有一个点。
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最大不相交区间数量问题:选择最多的区间,使得这些区间两两之间没有交集。
等价性证明
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必要性:假设存在一个最优的区间选点方案,选点数量为 m。每个点可以覆盖若干个区间,这些区间构成一个不相交的集合(因为如果有两个区间相交,它们不能被同一个点覆盖)。因此,最大不相交区间的数量至少为 m。
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充分性:假设存在一个最大不相交区间集合,大小为 k。我们可以在每个区间的右端点放置一个点,这些点可以覆盖所有区间(否则存在某个区间与所有选中的区间不相交,与最大性矛盾)。因此,选点数量最多为 k。
综上,最大不相交区间的数量等于最少的选点数量,即 $m = k$。