AcWing 861. 二分图的最大匹配

$AcWing$ $861$. 二分图的最大匹配

一、题目描述

给定一个二分图，其中左半部包含 $n_1$ 个点（编号 $1∼n_1$），右半部包含 $n_2$ 个点（编号 $1∼n_2$），二分图共包含 $m$ 条边。

数据保证任意一条边的两个端点都不可能在同一部分中。

请你求出二分图的最大匹配数。

二分图的匹配：给定一个二分图 $G$，在 $G$ 的一个子图 $M$ 中，$M$ 的边集 ${E}$ 中的任意两条边都不依附于同一个顶点，则称 $M$ 是一个匹配。

二分图的最大匹配：所有匹配中包含边数最多的一组匹配被称为二分图的最大匹配，其边数即为最大匹配数。

输入格式
第一行包含三个整数 $n_1$、 $n_2$ 和 $m$。

接下来 $m$ 行，每行包含两个整数 $u$ 和 $v$，表示左半部点集中的点 $u$ 和右半部点集中的点 $v$ 之间存在一条边。

输出格式
输出一个整数，表示二分图的最大匹配数。

数据范围
$1≤n1,n2≤500,1≤u≤n_1,1≤v≤n_2$,$1≤m≤10^5$

输入样例：

2 2 4
1 1
1 2
2 1
2 2

输出样例：

2

二、二分图的最大匹配

• 前提：给定一个二分图，不用你判断是不是二分图，已经明确知道是二分图，让你求它的最大匹配。

• 定义：在一个无向图中，定义一条边覆盖的点为这条边的两个端点。
  找到一个边集$S$包含最多的边，使得这个边集覆盖到的所有顶点中的每个顶点只被一条边覆盖。$S$的大小叫做图的最大匹配。

匈牙利算法

又名：【月佬算法】,目标：成就更多美满姻缘！
建立有向图$G$，分为二分图的左侧和右侧。 优先选择左侧序号更小的连接可能的边。 对于两个点的目标点“冲突”的时候，采取“协商”的办法。 即序号小的连接可能连接的另一条边。 若“协商”失败，则放弃序号较大的点的边。

概念看的都好绕，实例比较好懂：

你拥有的大概就是下面这样一张关系图，每一条连线都表示互有好感。

本着救人一命，胜造七级浮屠的原则，你想要尽可能地撮合更多的情侣，匈牙利算法的工作模式会教你这样做：

1. 先试着给$1$号男生找妹子，发现第一个和他相连的$1$号女生还名花无主，$got\ it$，连上一条蓝线

2. 接着给$2$号男生找妹子，发现第一个和他相连的$2$号女生名花无主，$got\ it$

3. 接下来是$3$号男生，很遗憾$1$号女生已经有主了，怎么办呢？
   我们试着给之前$1$号女生匹配的男生（也就是$1$号男生）另外分配一个妹子。(黄色表示这条边被临时拆掉)

与$1$号男生相连的第二个女生是$2$号女生，但是$2$号女生也有主了，怎么办呢？我们再试着给$2$号女生的原配重新找个妹子(注意这个步骤和上面是一样的，这是一个递归的过程)

此时发现$2$号男生还能找到$3$号女生，那么之前的问题迎刃而解了，回溯回去

$2$号男生可以找$3$号妹子	$1$号男生可以找$2$号妹子	$3$号男生可以找$1$号妹子

所以第3步最后的结果就是：

4. 接下来是$4$号男生，很遗憾，按照第三步的节奏我们没法给$4$号男生腾出来一个妹子，我们实在是无能为力了……香吉士同学走好。

三、实现代码

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;
const int N = 510;
const int M = 100010;

int n1, n2;
int m;

int match[N];
int st[N];
int res;

int h[N], e[M], ne[M], idx;
void add(int a, int b) {
    e[idx] = b, ne[idx] = h[a], h[a] = idx++;
}

int dfs(int u) {
    for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) {
        int v = e[i];
        if (!st[v]) {
            st[v] = 1;
            if (match[v] == 0 || dfs(match[v])) {
                match[v] = u;
                return 1;
            }
        }
    }
    return 0;
}

int main() {
    memset(h, -1, sizeof h);
    cin >> n1 >> n2 >> m;
    while (m--) {
        int a, b;
        cin >> a >> b;
        add(a, b);
    }

    for (int i = 1; i <= n1; i++) {
        memset(st, 0, sizeof st);
        if (dfs(i)) res++;
    }

    printf("%d\n", res);
    return 0;
}

五、 解释int st[N]的作用

重点:st[]的作用:

首先我们$find(x)$ 遍历属于$h[x]$的单链表相当于遍历他所有喜欢的女生

如果某个女生$j$没有被他预定过的话,就标记这个女生$j$被他预定,即$st[j]=true$

这时如果女$j$还没有匹配过,即$match[j]==0$的时候,那这个预定就成真了,得到$match[j]=x$

而如果女$j$之前就被男$k$匹配过了,那我们就$find(k)$,也就是$find(match[j])$(因为原本$match[j]==k$)

然后在$find(k)$的过程中,因为$st[j]=true$,这时候男$k$就不能再选则女$j$了,因为女$j$已经被预定了,所以男$k$就只能在他喜欢的女生里面选择其他人来匹配。

当然，如果$find(k)$返回$false$的话,那就 $if(match[j]==0 || find(match[j]))$都不成立,那男$j$就一边玩去吧~