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图论相关

创建于 2023-09-23

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生成树

本文不会使用拟阵相关知识。

引理 1

对于一张图 GG,以及她的两颗生成树 T1,T2T_1,T_2,对于任意一条边 e∈(T1−T2)e\in(T_1-T_2),必定存在一条边 e′∈(T2−T1)e'\in(T_2-T1),满足 T1−{e}+{e′}T_1-\{e\}+\{e'\} 和 T2−{e′}+{e}T_2-\{e'\}+\{e\} 都是 GG 的生成树。
证明:
先考虑第二个条件,显然,把 e=(u,v)e=(u,v) 加入 T2T_2 后会与 T2T2 中 uu 到 vv 的路径 pp 形成一个环,而 e′e' 一定属于 pp。
然后考虑第一个条件,将 ee 从 T1T_1 中去掉之后会形成两个连通块,而因为 pp 连接了两个连通块,所以 pp 至少有一条边会横跨两个连通块,显然这样的边是合法的。

引理 2

对于任意一颗最小生成树 TT,她的第 ii 小的边是所有生成树里最小的。
考虑另一颗生成树 T′T',我们找到引理 1 中的 ee 和 e′e',由于 TT 是最小生成树,所以 w(e)≤w(e′)w(e)\le w(e'),然后将 T′T' 变为 T′−{e′}+{e}T'-\{e'\}+\{e\}。
然后不断执行这个操作直到最终 T′T' 变为 TT,由于操作中只会把大的边变小,所以 T′T' 里第 ii 小的边都大于等 TT 中的第 ii 小。 由此可知,所有最小生成树的边权的集合都相同。

引理 3

对于所有的最小生成树,边权小于 ww 的所有边的连通性是一样的,很明显如果连通性不一样,就可以并起来,那么第 ii 小的边就不是所有生成树中最小的,与引理 2 矛盾。

最小生成树

根据引理 3,很明显 Kruskal 的做法就是正确的。

严格次小生成树

结论:严格次小生成树可以通过任意一颗最小生成树删掉一条边,再加入一条边而生成。

证明:
考虑一颗最小生成树 TT 以及满足 ∣T∩T′∣|T\cap T'| 最大的严格次小生成树 T′T'。
所有的边对 {e,e′}\{e,e'\}(含义同引理 1),若 w(e)=w(e′)w(e)=w(e'),我们可以通过把 T′T' 中的 e′e' 替换为 ee,而找到一颗 ∣T∩T′∣|T\cap T'| 更大的严格次小生成树,与条件矛盾。
因此 w(e)<w(e′)w(e)< w(e'),那么把 T′T' 中 e′e' 替换为 ee 就可以变为 TT。

神秘题

题意

对于一个图,对于所有的 1≤k≤deg11\le k\le deg_1,求出 11 的度数为 kk 的最小生成树权值。

性质1

我们令 TkT_k 表示 11 的度数为 kk 的最小生成树。
那么有:TkT_k 可以通过 Tk+1T_{k+1} 删去一条边,加上一条边得到。
证明与严格次小生成树类似,就懒得写了。

解法1

那么我们就可以 kk 从大到小用可并堆维护。

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