劃分擬陣

劃分擬陣

設e是一個非空有限集合,E₁,E₂,…,Em是E上的一個劃分,di是一個正整數。如果I= {X⊆E:|X∩Ei|≤di,1≤i≤m},則稱M(E,I)是一個劃分擬陣(partition matroid)。

基本介紹

劃分擬陣是一種組合構形,它是由在有限集E={e,e,…,e}上的劃分π導出的擬陣M。

若劃分π把E分割為劃分塊B,B,…,B,並相應地設定非負整數d,d,…,d,則E的子集I為劃分擬陣的獨立集,若且唯若對於i=1,2,…,m,均有|I∩B|≤d。

例如對於有向圖G=(V,A),A的子集I為這樣一類集合:I中沒有兩條邊同指向一個節點,以這樣的I為獨立集可得一划分擬陣,相應地,J為A的這樣一類集合:J中沒有兩條邊始於同一節點,以這樣的J為獨立集可得另一划分擬陣 。

舉例說明

例1 設E是一個有限集,∏是E的一個劃分,即∏={E₁,E₂,…E}為E的不相交子集的集合,並且覆蓋E。E的一個子集I稱為是獨立的(I∈ F),若且唯若I中任何兩個元素不在∏的同一個集合里,即對一切j=1,2,…,p,|I∩E|≤1。則M=(E, F)為一個擬陣,並稱其為劃分擬陣 。

劃分擬陣 劃分擬陣
劃分擬陣 劃分擬陣
劃分擬陣 劃分擬陣

要證明M是一個擬陣,只要證明它有明確定義的秩函式即可。令J(A)={j≤p:E∩A≠∅),讀者容易驗證,r(A)=|J(A)|是滿足要求的秩函式。事實上,對於E的任一個子集A,我們可構造A的極大獨立子集如下:對於使E∩A≠∅的每一個E,我們在E中選取A的一個元素,那么所選取的元素集合,就是A的一個極大獨立集。例如,若E={e,…,e},∏=,那么在M中的秩為3,A的極大獨立集為,A的支撐

劃分擬陣 劃分擬陣

對每一個j,集合E中任意兩個元素就構成M的一個圈。因此,{e,e}和{e,e}都是M的圈。

例2 給定一個有向圖(V,A),對每一孤a∈A有一個權w(a)≥0。希望找出A的一個最大權的子集B,使得B中任何兩條弧都沒有公共的終點。這是關於子集系統(A, B)的一個組合最佳化問題,其中A的一個子集B∈ B,若且唯若B中任何兩條弧都沒有公共的終點。這一問題看起來很象無向圖的匹配同題,但是它比匹配問題容易得多。例如在圖1中,選取進入v的弧時,只要挑選一個最大權的即可。因為選取進入一個點的任何一條弧,對於選取進入其它點的弧沒有影響,故greedy算法能得到該問題的最優解。

劃分擬陣 劃分擬陣

例2中的子集系統,是劃分擬陣的另一個例子。在圖1上的有向圖D中,設B是D中弧的一個集合,若B中任何兩條弧都不指向同一個節點,則稱B為獨立集。這就等價於把D的弧進行劃分,使得指向同一節點v的弧之集合定義為E。在這個例子中,下述定義的∏為D的弧集的一個劃分:

劃分擬陣 劃分擬陣

因此,這個系統是一個劃分擬陣M(並稱其為有向圖D的入孤劃分擬陣),從而greedy算法能求例2的解是十分自然的了 。

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