KM演算法的介紹

2021-05-21 22:13:57 字數 1540 閱讀 2810

km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。

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。

以上就是km演算法的基本思路。但是樸素的實現方法,時間複雜度為o(n4)——需要找o(n) 次增廣路,每次增廣最多需要修改o(n)次頂標,每次修改頂標時由於要列舉邊來求d值,複雜度為o(n2)。實際上km演算法的複雜度是可以做到o(n3) 的。我們給每個y頂點乙個「鬆弛量」函式slack,每次開始找增廣路時初始化為無窮大。在尋找增廣路的過程中,檢查邊(i,j)時,如果它不在相等子圖 中,則讓slack[j]變成原值與a[ i ]+b[j]-w[i,j]的較小值。這樣,在修改頂標時,取所有不在交錯樹中的y頂點的slack值中的最小值作為d值即可。但還要注意一點:修改頂標 後,要把所有的slack值都減去d。

kuhn-munkras演算法流程:

(1)初始化可行頂標的值

(2)用匈牙利演算法尋找完備匹配

(3)若未找到完備匹配則修改可行頂標的值

(4)重複(2)(3)直到找到相等子圖的完備匹配為止

km演算法部分抄自http://hi.baidu.com/highkobe/blog/item/05340916f41d101e972b43f7.html

匈牙利演算法 KM演算法

匈牙利演算法 求最大匹配,那麼我們希望每乙個在左邊的點都盡量找到右邊的乙個點和它匹配。我們依次列舉左邊的點x的所有出邊指向的點y,若y之前沒有被匹配,那麼 x,y 就是一對合法的匹配,我們將匹配數加一,否則我們試圖給原來匹配y的x 重新找乙個匹配,如果x 匹配成功,那麼 x,y 就可以新增為一對合法...

匈牙利演算法,KM演算法

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KM演算法板子

原題hdu2255 其實在求最大 最小的時候只要用乙個模板就行了,把邊的權值去相反數即可得到另外乙個.求結果的時候再去相反數即可 最大最小有一些地方不同。include include include include 赤裸裸的模板啊。const int maxn 301 const int inf ...