【科研点子】可复用资源在线匹配对于重复结构的自我改进性质


定义:

对于二部图上的一个匹配,构造一个长度为布尔串,第位记为,其满足:当且仅当中被匹配。我们称匹配串

Notation abusingly,我们让同时成为一个函数,,其中,其中。对于这两个函数,如果找不到对应的函数值,那就返回报错字符。比方说,如果中是unmatched的,那

我们还用字典序的概念比较的大小,举例而言,本文中的字典序大于,因为

定理一:

对于任意二部图,存在一个它的最大匹配及其匹配串,使得对于任意匹配及其匹配串,都有

这个定理表明了最大匹配的一种“贪心”性质,形象地说就是,总存在一个最大匹配,它可以由某种贪心的匹配方式导出。

证明:

假设定理一不成立,即存在,其中是所有最大匹配的匹配串中字典序最大的那个(如果有多个符合条件的就任取一个)。

。显然便代表此处被匹配给的左部点编号。

我们构造这样两个链条(数列)

初始化,

让这两个链条一直持续到的第一个时刻。

这两个链条的形象解释是:我们假设了一开始每个时刻的已匹配数都一样,但是在时刻,匹配了,而却没有匹配。的匹配数暂时比多一个。在此刻将匹配给了

也就是说,我们访问的第个左点,其被匹配时刻为(或者说它被匹配给了第个右点),其编号为。(初始化)

接下来,我们访问中同一编号的左点,因此,其被匹配时刻为。(第一行递推式)

接下来,我们访问中同一时刻被匹配的左点,因此,其编号为。(第二行递推式)

注意到,该匹配轮流访问中的左点(为奇数时是,偶数时是)。

理解了这两个链条,我们给出如下断言:

。构造一个新匹配,其匹配过程和一致,但是将替换为。则

由于也是最大匹配,这和“是所有最大匹配的匹配串中字典序最大的那个”的条件不符。

矛盾。

因此定理一是正确的。

读者可以自行验证以下问题:

为什么一定会有的时刻?

为什么替换后就有


好的,现在我们可以谈一谈标题说的东西。

考虑周期固定为,周期数为的可复用资源二部图匹配问题。(相关设定参见“Online Bipartite Matching with Reusable Resources”)

我们现在考虑这样一类特殊情形:

也就是所谓的图的结构周期性地重复。我们把符合这类条件的图的集合记为

我们将在第个周期的结构记为

注意到,如果,则将的最大匹配重复次就是在该问题下的最大匹配。

那么,我们可以对每一周期的在线匹配竞争系数分别度量,不妨将第个周期的竞争系数记为

猜想1:

对于算法,若,则

更进一步的,设的字典序最大的匹配串为

猜想2:

对于算法,若,则

(根据定理1,可注意到猜想2蕴含猜想1)


更新:

猜想2是错的,“1302”有可能永远也变不成“1230”。

但是下面的修改版尚未找到反例:

猜想3:

对于算法,若且不存在这样的最大匹配,其结束时间超过,则