Kuhn-Munkres算法

Posted 2021-01-30 lance1ot

(Km)

Kuhn-Munkres算法

一种用于进行二分图完全匹配的算法

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前

(pre)技能

匈牙利算法及增广路

标顶

对于图(G(Ucup V,E))。对于(xin U)，定义(Lx_i)。对于(iin V)。定义(Ly_i)。

这个玩意叫做标顶，是一种人为构造的数值。用于进行二分图完全匹配

可行标顶

对于所有的边，假设权值是(W),方向是(x o y)，则是算法执行中，恒定满足(Lx_x+Ly_ygeq W)

相等子图

相等子图包括(Ucup V),但只包括满足(W=Lx_x+Ly_y)的边

若相等子图有完全匹配，则原图有完全匹配

实现概括

通过更改标顶，找出相等子图。

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实现具体

扩大相等子图

假设当前相等子图无法进行完全匹配，则至少有一个点(u),从其出发无法找到增广路

则我们需要修改标顶，使更多的边参与进来。

假设我们现在已经知道了一个(M),这个(M)是使其他边增加到相等子图的==最小标顶修改量==

然后我们令所有的(Lx_i)减去(M),所有的(Ly_i)加上(M)

正确性？

假设我们现在在相等子图中在(U)中已经被匹配的点(x),则我们规定(xin A),否则(xin A')

相似的，对于(xin V),若x已经被匹配上，则(xin B),否则(xin B')

对于一条边((x o y),权值（代价）是(W))

• 若(xin A,yin B)，仍满足(Lx_x+Ly_y=W)
• 若(xin A',yin B'?),则为(Lx_x+Ly_ygeq W?)，即是原本就不在交替路中的的依旧不在
• 若(xin A',yin B),则(Lx_x+Ly_y)增加，不会被添加进入
• 若(xin A,yin B'),则(Lx_x+Ly_y)有所减少，可能会被添加

其他

==关于==

若(xin A',yin B),则(Lx_x+Ly_y)增加，不会被添加进入

若(xin A,yin B'),则(Lx_x+Ly_y)有所减少，可能会被添加

对于上边这句，是为了保证在将一个点(x,xin U)进行匹配时，只会相应的引入(y,yin V)，而不会引入(U)中的点。

(M)如何计算？

(M)的大小取决于没有被加到相等子图中的最大边的大小，即是(Lx_x+Ly_y-W)

而这个我们在寻找增广路的时候就可以顺带更新。

其他

(M)的贪心选取保证了最大权。

个人理解是损失最小的代价，使其可以加入到相等子图

代码

using std::max;
using std::min;
const int maxn=500;
const int inf=0x7fffffff;
int M[maxn][maxn];
int m[maxn][maxn];
int lx[maxn],ly[maxn],mins[maxn],pat[maxn];
int S[maxn],T[maxn],tot;
int vis[maxn];
int n;
bool find(int x)
{
    S[x]=1;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        if(T[i])    continue;
        int s=lx[x]+ly[i]-m[x][i];
        if(!s)
        {
            T[i]=1;
            if(!pat[i]||find(pat[i]))
            {
                pat[i]=x;
                return true;
            }
        }
        else
            mins[i]=min(mins[i],s);
    }
    return false;
}
int KM()
{
    for(int i=1;i<=n;i++)   lx[i]=-inf;
    for(int i=1;i<=n;i++)
        for(int j=1;j<=n;j++)
            lx[i]=max(lx[i],m[i][j]),ly[i]=0;
    memset(pat,0,sizeof(pat));
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        for(int j=1;j<=n;j++)
            mins[j]=inf;
        while(1)
        {
            memset(T,0,sizeof(T));memset(S,0,sizeof(S));
            if(find(i)) break;
            int Min=inf;
            for(int j=1;j<=n;j++)   Min=min(Min,mins[j]);
            for(int j=1;j<=n;j++)
            {
                if(S[j])    lx[j]-=Min;
                if(T[j])    ly[j]+=Min;
            }
        }
    }
    int ans=0;
    for(int i=1;i<=n;i++)
        ans+=m[pat[i]][i];
    return ans;
}