题目来源:华为机试题
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1. 问题

二分图Bipartite graph)是一类特殊的,它可以被划分为两个部分,每个部分内的点互不相连。下图是典型的二分图。
匈牙利算法 - 图1
在上面的二分图中,每条边的端点都分别处于点集X和Y中。匈牙利算法主要用来解决两个问题:求二分图的最大匹配数和最小点覆盖数

1.1 最大匹配问题

匈牙利算法 - 图2
现在Boys和Girls分别是两个点集,里面的点分别是男生和女生,边表示他们之间存在“暧昧关系”。最大匹配问题相当于,假如你是红娘,可以撮合任何一对有暧昧关系的男女,那么你最多能成全多少对情侣?(数学表述:在二分图中最多能找到多少条没有公共端点的边)

算法
我们从B1看起(男女平等,从女生这边看起也是可以的),他与G2有暧昧,那我们就先暂时把他与G2连接(注意这时只是你作为一个红娘在纸上构想,你没有真正行动,此时的安排都是暂时的)。
匈牙利算法 - 图3
来看B2,B2也喜欢G2,这时G2已经“名花有主”了(虽然只是我们设想的),那怎么办呢?我们倒回去看G2目前被安排的男友,是B1,B1有没有别的选项呢?有,G4,G4还没有被安排,那我们就给B1安排上G4。
匈牙利算法 - 图4
然后B3,B3直接配上G1就好了,这没什么问题。至于B4,他只钟情于G4,G4目前配的是B1。B1除了G4还可以选G2,但是呢,如果B1选了G2,G2的原配B2就没得选了。我们绕了一大圈,发现B4只能注定单身了,可怜。(其实从来没被考虑过的G3更可怜)
匈牙利算法 - 图5
这就是匈牙利算法的流程。说白了就是递归,不断往上找。

1.2 相关原理

最小点覆盖问题
另外一个关于二分图的问题是求最小点覆盖:我们想找到最少的一些点,使二分图所有的边都至少有一个端点在这些点之中。倒过来说就是,删除包含这些点的边,可以删掉所有边。
匈牙利算法 - 图6
定理:
一个二分图中的最大匹配数等于这个图中的最小点覆盖数


2. 应用

1. 洛谷P1129 矩阵游戏

链接:洛谷
小 Q 是一个非常聪明的孩子,除了国际象棋,他还很喜欢玩一个电脑益智游戏――矩阵游戏。矩阵游戏在一个n×n 黑白方阵进行(如同国际象棋一般,只是颜色是随意的)。每次可以对该矩阵进行两种操作:

  • 行交换操作:选择矩阵的任意两行,交换这两行(即交换对应格子的颜色)。
  • 列交换操作:选择矩阵的任意两列,交换这两列(即交换对应格子的颜色)。

游戏的目标,即通过若干次操作,使得方阵的主对角线(左上角到右下角的连线)上的格子均为黑色。
对于某些关卡,小 Q 百思不得其解,以致他开始怀疑这些关卡是不是根本就是无解的!于是小 Q 决定写一个程序来判断这些关卡是否有解。

转化:
我们把矩阵转化为二分图(左侧集合代表各行,右侧集合代表各列,某位置为1则该行和该列之间有边)。我们想进行一系列交换操作,使得X1连上Y1,X2连上Y2,……
大家可以想象,所谓的交换,是不是可以等价为重命名?我们可以在保持当前二分图结构不变的情况下,把右侧点的编号进行改变,这与交换的效果是一样的。
我们把矩阵转化为二分图(左侧集合代表各行,右侧集合代表各列,某位置为1则该行和该列之间有边)。我们想进行一系列交换操作,使得X1连上Y1,X2连上Y2,……
大家可以想象,所谓的交换,是不是可以等价为重命名?我们可以在保持当前二分图结构不变的情况下,把右侧点的编号进行改变,这与交换的效果是一样的。所以想让X1、X2…与Y1、Y2…一一对应,其实只需要原图最大匹配数为4就行了
匈牙利算法 - 图7

2. vijos CoVH之柯南开锁

链接:vijos
算法:
如果我们把样例的矩阵,转化为二分图的形式,是这样的:
匈牙利算法 - 图8
按下一行或一列,其实就是删掉与某个点相连的所有边。现在要求最少的操作次数,想想看,这不就是求最小点覆盖数吗?所以直接套匈牙利算法即可

3. TYVJ 棋盘覆盖

题目:
描述 Description

  • 给出一张nn(n<=100)的国际象棋棋盘,其中被删除了一些点,问可以使用多少12的多米诺骨牌进行掩盖。

输入格式 Input Format

  • 第一行为n,m(表示有m个删除的格子)
  • 第二行到m+1行为x,y,分别表示删除格子所在的位置
  • x为第x行
  • y为第y列

输出格式 Output Format

  • 一个数,即最大覆盖格数

算法:
经典的多米诺覆盖问题大家都很熟悉,我们把棋盘染色,每个多米诺骨牌恰好覆盖一个白格和一个黑格(这里为了美观染成了其他颜色,下面仍将其称作黑格)。
匈牙利算法 - 图9
我们删除了一些格子:
匈牙利算法 - 图10
现在要求多米诺骨牌最大覆盖数。
你可能已经看出来了,我们在染色之后,黑格和白格可以构成一个二分图,每个白格都只和黑格相连,每个黑格也只和白格相连。在给所有黑格和白格编号后,我们把每个未删除的格子都与它上下左右紧邻的未删除的格子相连。很显然,这张二分图的最大匹配数,就是我们能放下最多的多米诺骨牌数。注意因为数据范围较大,要用邻接表存图。
只能往非空格子填写