獨(dú)立集問題和點(diǎn)覆蓋問題和最大團(tuán)問題

獨(dú)立集(independent set)

圖中每一條邊至多有一個頂點(diǎn)在這個集合中野来,也就是說不會存在一條邊包含的兩個頂點(diǎn)都在這個集合中,即集合中不存在相鄰的頂點(diǎn)功蜓。我們希望盡可能找到更多的這樣的頂點(diǎn)。

點(diǎn)覆蓋(vertex cover)

圖中每一條邊至少有一個頂點(diǎn)在這個集合中,也就是說用點(diǎn)去覆蓋整個圖的所有的邊产舞,當(dāng)然,我們希望找到最少的點(diǎn)去覆蓋所有的邊菠剩。


image.png

獨(dú)立集和點(diǎn)覆蓋互補(bǔ)

觀察圖易猫,發(fā)現(xiàn)互補(bǔ)
獨(dú)立集 ==p 點(diǎn)覆蓋
注意:p代表多項式時間等價

證明

先證明獨(dú)立集能在多項式時間內(nèi)推導(dǎo)出點(diǎn)覆蓋

-S是任意一個獨(dú)立集(圖為G=(V,E))
-S中任意一條邊e(u,v)
-因為S是獨(dú)立集,所以u,v不能同時在S中具壮,假設(shè)u不在S中准颓,那么u必在V-S中哈蝇,同理假設(shè)v不在S中,則v必在V-S中攘已,也有可能u,v都在V-S中炮赦,反正總而言之,V-S至少包含u,v中的一個贯被,是不是很熟悉眼五?沒錯,這就是點(diǎn)覆蓋的定義咯彤灶!所以V-S就是點(diǎn)覆蓋看幼。

反過來如果已知了點(diǎn)覆蓋,在多項式時間內(nèi)推導(dǎo)出獨(dú)立集

-V-S是任意一個點(diǎn)覆蓋
-假設(shè)在S中有兩個頂點(diǎn)u,v
-那么u,v一定不能構(gòu)成一條邊幌陕,為什么诵姜?因為假設(shè)u,v能構(gòu)成一條邊,那么按照點(diǎn)覆蓋的定義搏熄,u,v中至少有一個點(diǎn)應(yīng)該在V-S這個集合中棚唆,而不是都在集合S 里面
-因此,S中的任意兩個點(diǎn)不能構(gòu)成一條邊心例,即不存在相鄰的頂點(diǎn)宵凌,即S是獨(dú)立集。

最大團(tuán)問題

從無向圖的頂點(diǎn)集中選出k個并且k個頂點(diǎn)之間任意兩點(diǎn)之間都相鄰止后。最大的k就是最大團(tuán)瞎惫。
區(qū)分最大獨(dú)立集:從無向圖中的頂點(diǎn)中選出k個并且k個頂點(diǎn)之間互不相鄰,最大的k就是最大獨(dú)立集译株。

性質(zhì)

無向圖的最大團(tuán) ==p 該無向圖補(bǔ)圖的最大獨(dú)立集(補(bǔ)圖的意思就是有邊變無邊瓜喇,無邊變有邊

證明

正向證明

-S是任意一個團(tuán)(G =(V,E))
-S中的任意兩點(diǎn)Su,v能構(gòu)成一條圖中的邊
-現(xiàn)在把u,v構(gòu)成的邊去掉
-那么u,v中任意兩點(diǎn)都不能構(gòu)成圖中的邊歉糜,即兩兩點(diǎn)不相鄰乘寒,則此時的S是獨(dú)立集

逆向證明

-S是獨(dú)立集
-那么S中的任意兩點(diǎn)u,v均不能構(gòu)成圖中的邊
-若u,v加上邊
-則S中任意的u,v之間都有邊,則S是團(tuán)

最大是怎么做到的

S是最大團(tuán)匪补,那么V-S中的任意兩點(diǎn)均不存在邊伞辛,取補(bǔ)圖的時候,無邊變有邊夯缺,即任意點(diǎn)都有相鄰點(diǎn)始锚,那么V-S中的所有點(diǎn)都不可出現(xiàn)在獨(dú)立集中。反過來喳逛,如果S是獨(dú)立集瞧捌,那么V-S中所有的點(diǎn)都至少有一條邊與它相連(獨(dú)立集和點(diǎn)覆蓋互補(bǔ)),那么取補(bǔ)圖的時候,V-S中所有點(diǎn)都不會有邊姐呐,即任意兩點(diǎn)都沒有邊殿怜,那么也就是說V-S中的點(diǎn)必不能出現(xiàn)在最大團(tuán)的集合中。

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