Hall 定理 学习笔记

Hall 定理:对一个二分图 (G=(V_1,V_2,E)),对 (Ssubseteq V_1)(f(S))(S) 连到 (V_2) 的点集大小,则存在 (V_1) 的完美匹配(即大小等于 (|V_1|) 的匹配)当且仅当对任意 (Ssubseteq V_1) 都有 (|S|leq|f(S)|)。(要求右部的话,交换 (V_1,V_2) 即可)

扩展 Hall 定理:令 (M=maxlimits_{Ssubseteq V_1}{|S|-|f(S)|}),则 (G) 的最大匹配为 (|V_1|-M)。(对左右部作用这个定理都可以得到最大匹配,想不到吧!)

显然扩展 Hall 定理严格比 Hall 定理强。我们来证证扩展 Hall 定理。

  • 最大匹配 (leq |V_1|-M) 证明:这个就有点简单了。对 (|S|-|f(S)|) 取到 (M) 的那个 (S) 中显然至少要有 (M) 个不能被匹配到;
  • 存在大小为 (|V_1|-M) 的匹配证明:假设不存在。那么显然一定能找到大小为 (M+1) 的非匹配点集 (S),根据 (M) 的定义,(S) 至少连出去 (1) 个点。这个点如果是非匹配点,那么 (S) 中与它相连的那个点就可以跟它匹配了,这不符合该匹配是最大匹配。于是这个点必须是匹配点并且和 (S) 以外的一个点匹配。我们将这个左部点加入 (S),可以得到当前的 (S) 至少连出去 (2) 个点,去除先前那个,有另一个。根据上述推导,又可以得到这个是匹配点并且与 (S) 外点匹配,又加入 (S),如此辗转反复可以进行无限轮。而点集是有限的,矛盾,得证。

得证。

对于一般的二分图,判完美匹配存在性或者求最大匹配当然是网络流跑最好,但是某些以特殊形式给出、有特殊性质的二分图可以用 Hall 定理做。

珍爱生命,远离抄袭!
原文地址:https://www.cnblogs.com/ycx-akioi/p/halldl.html