裝填問題(packing problem)是一類典型的組合優(yōu)化問題。設(shè)I=v1,v2,…,vm是一個(gè)有限集,E=E1,E2,…,En為I的子集所形成的一個(gè)集簇,若E的一個(gè)子族E′=Ej1,…,Ejs使得I中的每個(gè)元素包含在E′的至多一個(gè)元素之中,則稱E′為I的一個(gè)裝填,求I的一個(gè)裝填E′使得所含的元素?cái)?shù)為最多就是所謂裝填問題。一般地,賦E中每個(gè)元素以一個(gè)權(quán),而將E中的元素最多改為其中元素的權(quán)和為最大,當(dāng)每個(gè)元素的權(quán)均為1時(shí),即這里所說的裝填問題,若將E′中的每個(gè)元素視為一個(gè)車廂,這時(shí)的裝填問題也被稱為裝箱問題,若E′使得I中的每個(gè)元素包含在E′的至少一個(gè)元素之中,則稱E′為I的一個(gè)覆蓋,求I的一個(gè)覆蓋E′使得E′含E中的元素最小就是所謂覆蓋問題,也可以將它推廣到帶權(quán)的情形,若E′使得I中的每個(gè)元素包含在E′的恰好一個(gè)元素之中,則稱E′為I的一個(gè)劃分,求I的一個(gè)劃分E′使得E′中含的元素?cái)?shù)為最少就是劃分問題,同樣可以有帶權(quán)情形下之推廣,這里所述的裝填問題、覆蓋問題,以及劃分問題均是NP完全問題,因此,要想用好的算法解這些問題是不現(xiàn)實(shí)的。

外文名

packing problem

簡介

一類典型的組合優(yōu)化問題

所屬問題

組合學(xué)

所屬學(xué)科

數(shù)學(xué)

基本介紹

圖論中有兩類相互有一定聯(lián)系然而又是性質(zhì)不同的問題,一類是研究用某種類型的子圖

去覆蓋圖G的點(diǎn)集或邊集(即

,或

),這就是所謂覆蓋問題。例如正常邊染色是用邊不交的邊無關(guān)集覆蓋E(G);團(tuán)覆蓋集是用團(tuán)去覆蓋V(G)等等。一般說來,我們希望用最少個(gè)數(shù)的子圖去完成覆蓋,這就是最小覆蓋問題。另一類問題是研究從給定圖中,能取出多少個(gè)不交的某類子圖,或者反其意而說成是可以往給定圖中裝填多少個(gè)不交的某類子圖,這就是

裝填問題

。一般說來,我們希望裝填的子圖個(gè)數(shù)盡可能地多,這就是

最大裝填問題

。例如有向圖中弧形式的Menger定理所研究的是往D中裝填弧不交的(

)路。Menger定理是以最大最小定理的形式研究了能裝填k個(gè)弧不交的(

)路的充分必要條件。

相關(guān)定理

給圖

,對任意的

,記

含過e的圈},定義

稱為

-的閉集。一個(gè)子集

,若

不含圈,且

,則稱

的一個(gè)基集。不難證明,

的任何兩個(gè)基集,總包含相同個(gè)數(shù)的邊,定義

的基集所含的邊數(shù)。

定理1

中含有k個(gè)邊不交的支撐樹的充分必要條件是對任何

定理1可以寫成另一種形式。

定理1'

有k個(gè)邊不交的支撐樹,當(dāng)且僅當(dāng)對V的任意剖分

,有

需要指出的是定理1(1')對多重圖也是成立的,利用定理1,我們可以得到覆蓋邊集合所需要的森林的最小個(gè)數(shù)(記之為

,稱為圖G的蔭度) ? 。

定理2

令G是非平凡的多重圖,

是G中m階子圖的最大邊數(shù),令