对于最小割的进一步理解

时间:2021-07-24 09:45:19

以前只知道最小割就是最大流...网络流背个模板,没了

根本没有深入理解,最近写了一些题才知道自己很 $naive$

废话不多说,开始正题(假设大家都会网络流的代码,并且知道网络流在做什么)

首先最小割就是最大流(废话)

一条图的最小割中,一定有一些边,它们是满流的(如果不满流就不是最大流了)

不妨把这些边称作割边,显然,这些割边把图分成两个部分,一个与源点 $S$ 在同一个部分,一个与汇点 $T$在同一个部分

放图理解:

  首先原图长这样:

对于最小割的进一步理解

  然后一种最小割长这样(红色的是满流的边):

 对于最小割的进一步理解

我们把与 $S$ 在同一个部分的点集叫作 $S$割,与 $T$ 在同一个部分的点集叫作 $T$割

那么 $S$割 包括点 ${1,2,4}$, $T$割 包括点 ${3,5,6,7}$

注意割边是满流边的子集,比如这个图:

对于最小割的进一步理解

 

割边可以是 $(S,1)$ 或者是 $(1,2)$ ,显然对于这种有多解的最小割随便一种都合法

如果把边看成 $(u,v,cost)$(从 $u$ 到 $v$,花费(流量)是 $cost$ ),考虑最小割的实际意义

就是把点集分成 $S$割 和 $T$割 的最小花费

(请先好好理解以上理论再看下去$qwq$)

 

接下来考虑最小割模型中的三种边:

1. $(S,u,cost)$,意思是 如果 $u$ 在 $T$割(此边满流),那么要产生 $cost$ 的代价

2. $(u,T,cost)$,意思是 如果 $u$ 在 $S$割(此边满流),那么要产生 $cost$ 的代价

再进一步考虑一条边 $(u,v,cost)$ 的实际意义:如果把 $u$ 给 $S$割, $v$ 给 $T$割(此边满流),那么会产生 $cost$ 的代价

扩展一下,对于一条边 $(u,v,cost)$ ,如果 $cost$ 是正无穷 那么这个边的意思是什么?

光速回答,$u$ 和 $v$ 不能在同一个割集!

好像很有道理,因为这个边不可能满流,所以 $u$,$v$ 必须在同一个割集里

但是注意,边是有向边,从 $u$ 到 $v$!如果 $u$ 在 $T$割,$v$ 在 $S$割 也是合法的

所以这条边的真正意思是 ,如果 $u$ 在 $S$割,那么 $v$必须在 $S$割

(休息一下,一定要真正理解边的意义$qwq$)

 

更近一步,对于一种题型:有 $n$ 个点,每个点有一个价值 $val$ (可能为负),点之间有一些限制关系 $(x,y)$(选了点 $x$ 必须选点 $y$),并且保证对于任意限制 $(x,y)$, $val[x]>0,val[y]<0$,求获得的最大价值

显然最大价值相当于总的正的价值减去 最小要失去的价值(有些正点不能选,有些负点要选),考虑求出最小要失去的价值

构建网络流模型,把点 $u$ 给 $S$割 表示选择点 $u$,给 $T$割 说明不选点 $u$

对于一个限制 $(x,y)$,连 $(S,x,val[x])$,此边为割边表示 $x$ 不在 $S$割,那么就相当于不选择 $x$,会失去 $val[x]$ 价值(对最小割产生 $val[x]$ 的贡献)

连 $(y,T,-val[y])$ ,此边为割边表示 $y$ 在 $S$ 割,相当于选择 $y$,会得到 $val[y]$ 的负的价值(对最小割产生 $-val[y]$ 的贡献)

连 $(x,y,INF)$ 表示如果 $x$ 在 $S$割,那么 $y$ 也在 $S$割(选 $x$ 必须选 $y$)

因为最终每个点都要确定选或者不选,所以必须要把点集分成 $S$割 和 $T$割

所以最小割就是最小要失去的价值

 

例题:太空飞行计划问题

 

把实验看成正点,仪器看成负点,然后限制关系就是限制关系,直接把上面的方法套进来就好了$qwq$

要输出具体方案,直接看看那些点在 $S$割就好了,(网络流就不用放代码了吧$qwq$,毕竟网络流考的是建模$qwq$)

 

另一题例题:最大获利(同样的方法,不用再解释了吧$qwq$)

 

用这种思想可以很容易地证明最大权闭合子图的正确性(比我在网上看的其他方法好多了$qwq$)