匹配问题： 匈牙利算法 、最优指派、相等子图、库恩—曼克莱斯 (Kuhn-Munkres) 算法

浅夏110

定义
. [4 q0 M/ G3 ~& O  A若 M ⊂ E(G) ，∀  ∈ M ，   与  无公共端点（i ≠ j ），则称 M 为图 G 中的一个对集；M 中的一条边的两个端点叫做在对集 M 中相配；M 中的端点称为 被 M 许配；G 中每个顶点皆被 M 许配时，M 称为完美对集；G 中已无使| M '|>| M | 的对集 M ' ，则 M 称为最大对集；若G 中有一轨，其边交替地在对集 M 内外出现，则 称此轨为 M 的交错轨，交错轨的起止顶点都未被许配时，此交错轨称为可增广轨。
; F$ v0 v. l* F1 _9 B
* h) b$ {) _  \若把可增广轨上在 M 外的边纳入对集，把 M 内的边从对集中删除，则被许配的 顶点数增加 2，对集中的“对儿”增加一个。 1957 年，贝尔热(Berge)得到最大对集的充要条件：

( X3 p6 S- Z; p8 J  ]6 X+ A3 b【定理 2 】M 是图G 中的最大对集当且仅当G 中无 M 可增广轨。
: c" y* Y  t! K( W
+ b3 Y) R. a# L( P6 F4 O1935 年，霍尔(Hall)得到下面的许配定理：

【定理 3】 G 为二分图， X 与Y 是顶点集的划分，G 中存在把 X 中顶点皆许配的对集的充要条件是：

∀S ⊂ X ，则| N(S) | ≥| S |，其中 N(S) 是 S 中顶点的邻集。
6 S8 `- t# P/ `8 ^. ~% @; q
由上述定理可以得出：
5 x  O. o& y+ k' Y/ S4 H, S
! J/ X, S2 K1 J* E% t, W$ b# I【推论 1】若G 是k 次（k > 0) 正则 2 分图，则G 有完美对集。 所谓k 次正则图，即每顶点皆k 度的图。

8 U# U# u) P. @3 a  D( z由此推论得出下面的婚配定理：

/ L* Q3 ^4 U8 K【定理 4 】每个姑娘都结识k (k ≥ 1) 位小伙子，每个小伙子都结识k 位姑娘，则每位 姑娘都能和她认识的一个小伙子结婚，并且每位小伙子也能和他认识的一个姑娘结婚。
" W' Y% S( l9 Z6 c
8 R* ^2 U  a% ]' t+ c: G7 \; f人员分派问题等实际问题可以化成对集来解决。



3 k) D2 p7 r6 D# Z1 b% r% Y解决这个问题可以利用 1965 年埃德门兹(Edmonds)提出的匈牙利算法。
2 Z/ a( T; ^8 c/ Q9 m" P
5 n9 G* w% y6 `7 e! X, P. O+ l匈牙利算法
# F) w9 l3 D* ]0 _. p

把以上算法稍加修改就能够用来求二分图的最大完美对集。
: _: _: P9 `- R7 d2 C
4 |+ C% i# n( t7 z最优分派问题
在人员分派问题中，工作人员适合做的各项工作当中，效益未必一 致，我们需要制定一个分派方案，使公司总效益最大。 这个问题的数学模型是：在人员分派问题的模型中，图 G 的每边加了权   ≥ 0 ，表示  做  工作的效益，求加权图G 上的权最大的完美对集。 解决这个问题可以用库恩—曼克莱斯（Kuhn-Munkres）算法。为此，我们要引入 可行顶点标号与相等子图的概念。

可行顶点标号、相等子图

- Q: W2 {. m; J9 L" j' o1 P3 w! g
【定理 5】   的完美对集即为G 的权最大的完美对集。

3 C, u7 d, u+ x" Z# c# B库恩—曼克莱斯 (Kuhn-Munkres) 算法
! }7 {- y! T+ ]9 E8 B
! P$ k; Y. _0 n) g# N7 s' b
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