Tutte 定理與 Tutte Berge 公式

2022-04-07 20:40:04 字數 1695 閱讀 3266

圖 \(g=(v,e)\) 有完美匹配當且僅當滿足 \(\forall u\subseteq v,o(g-u)\le|u|,o(x)\) 表示 x 子圖的奇連通塊數。

圖 \(g=(v,e)\) 的最大匹配數為 \(\frac12\min\limits_\\)

如果 g 有完美匹配,那麼每個奇連通塊至少有乙個點需要與 u 中的點匹配,故得證.

定義壞集 s 滿足 \(|s|,那麼圖 g 中不能存在壞集。

如果 s 是 g 的壞集,那麼 s 也一定是 g 的匯出子圖的壞集。

於是不妨令 g 滿足 g 不存在完美匹配,且加入任意一條不在 g 中的邊後存在完美匹配。

令 s 為滿足度數為 \(|v|-1\) 的點集,首先考慮 \(g-s\) 中的每個連通塊都是團的情況,容易發現 s 一定是壞集。

於是 \(g-s\) 中至少有乙個連通塊不是團,考慮把這個連通塊扯出來討論,我們找出其中兩個沒有邊直接相連的點 \(x,y\) ,設從 \(x\rightarrow y\) 最短路上的頭三個點為 \(a,b,c\) ,那麼顯然 \((a,c)\notin e\) ,且一定存在點 \(d\) 滿足 \((b,d)\notin e\) 。

由於上面限制了 g 加入任意一條不在 g 中的邊後都存在完美匹配,因此我們設 \(m_1\) 是 \((v,e\cup(a,c))\) 的一組完美匹配, \(m_2\) 是 \((v,e\cup(b,d))\) 的一組完美匹配,顯然 \((a,c)\in m_1,(m_2)\in m_2\) (第一次走 \(m_1\) 的)。

然後定義 p 是在 g 上面從 d 出發,交替走 \(m_1,m_2\) 中的邊得到的最長路徑,顯然最後會落在 \(a,b,c\) 點中的乙個。

如果落在 b 點,我們令 \(c=p\cup(b,d)\) ,否則令 \(c=p\cup(a/c,b)\cup(b,d)\) ,這樣 c 就是乙個偶環,對於 c 我們選擇不在 \(m_2\) 中的邊可以形成一組新的匹配,對於 \(g-c\) 中的點我們按照 \(m_2\) 中的邊匹配,這樣就形成了一組新的完美匹配,故得證.

定義 \(def(g)\) 表示圖 g 最大匹配中未被覆蓋定點數, \(\nu(g)\) 表示 g 的最大匹配數,那麼顯然有 \(def(g)=|v|-2\nu(g)\).

移項即可

設 \(\delta'(g)=\max\limits_\\) ,並設 \(s\) 是取得最大值時的 \(u\) ,即證 \(\delta'(g)=def(g)\)。

顯然有 \(\delta'(g)\ge0\) ,下面根據 \(\delta'(g)\) 的取值進行分類討論。

\(\delta'(g)=0\) ,那麼滿足 tutte 定理的條件,整張圖存在完美匹配, \(\delta'(g)=def(g)=0\)

\(\delta'(g)>0\) ,那麼一定有若干奇連通塊存在點在 x 中未被覆蓋,設該個數為 \(x\) ,\(o(g-x)=y\) ,那麼一定滿足 \(x\ge y-|x|\) 和 \(x\le def(g)\) ,因此 \(\delta'(g)\le def(g)\)成立。

另一方面,考慮構造乙個有 \(\delta'(g)=0\) 個點的完全圖 h ,然後跟 g 拼乙個新圖 \(g'=(v_h\cup v_g,e_h\cup e_g\cup\)\)

容易在利用 tutte 定理簡單討論後證明 g' 有完美匹配,因此 \(|v_h|=\delta'(g)\ge def(g)\) ,因此 \(\delta'(g)=def(g)\) ,故 tutte-berge 公式得證.

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