浅谈最大权闭合子图

闭合图:对于一个有向图G,存在点集合V,任取点u属于V,u的出边的另一个点也属于V,则为闭合图。

理解:任取一起点,终点必定是无出度的点。

最大权闭合子图:当每个点有一个权值w(有正有负),点权和最大的闭合图为最大权闭合子图。

如图:

最大权闭合子图为点集{3,4,5},最大权为7+0-3=4。

求解方法:网络流。

建立超级源点s,超级汇点t。

所有点权为正数的点i,建边 s->i,容量为点权。

所有点权为负数的点i,建边i->t,容量为点权绝对值。

原图建图后,边容量均为正无穷。

最大权闭合图的权值 = 正权点之和 - (s->t)最大流

证明:

源点s可以理解为最大可获得的权值(即正权点之和)

汇点t可以理解为最大的会损失的权值(负权点之和)

我们现在要尽量的获得s,而避免t。

然而要想选出一个最大权闭合图,选定一个点,那么这个点的所有后继子孙点,都必须选择。

因此,想拿正数,就不可避免的要取负数子孙后继点(当然子孙点是正数最好了)。

所以我们尽量选择正权点为起点,才有可能增大闭合图点集的权值和,因此我们从源点s向正权点连边(即只以正权点为起点)。

至于过程中遇到的负权点,我们让其流向t,即建立边 负权点->t的意图。

好,现在我们尽量去取正数点(直接从源点s起始),过程中遇到的负权点流向t。

现在就变成了:s->t的流量就是我们的损失。

即我们希望流向t的流量flow尽量少,而从s流出的流量sum尽量多,从s流出而没有流入t的流量(sum-flow)就是闭合图的最大权。

可能有种情况很懵逼:

若要选点,选2吧,权为-5,选1和2吧,权为-1,如果选个空点集,权为0。明显最后的选择是对的。

按照上面的思路,从s流出4,所以损失最多为4,sum-flow=0。

所以对该图就产生这么一种结论:

我选择那个1号点,和不选那个1号点,结果是相同的,我选的时候他会被损失完而已,效果等同于不选。

那不妨我一开始就把所有的正权点都给选了(满足从s流出的最多),让他们往后代流,大不了被负权子孙点损失完,而那些没有被损失完的,就是我们统计下来的结果。

那个损失,就是s->t的最大流。

得证:闭合图最大权 = 正权和sum - 最大流flow 

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