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グラフ理論の問題

難易度 1教科書の例題レベル大学数学 グラフ理論

頂点集合 をもつ有向ネットワークがあり、有向辺とその容量は次の 本である。 始点を 、終点を とする。 を含み を含まない頂点集合 で定まる - カットの容量 を求めよ。ただし、和は , である有向辺 すべてについてとる。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(7 技能)
算数中学高校大学大学院

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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

一覧で見る(前提が先)
  1. 樹形図で数え上げる
  2. 積の法則と和の法則
  3. 和の法則・積の法則と樹形図
  4. 順列・円順列・重複順列
  5. 組合せ
  6. グラフの次数と握手補題
  7. ネットワークと s-t カットの容量

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

「ネットワークと s-t カットの容量」の定義を使う。 の中から の外へ向かう辺だけを集める。

ヒント 2

の外は 。各辺について、始点が に入り終点が の外にあるかを確かめる。逆向き(外から中)の辺は数えない。

ヒント 3

数える辺は , , の 3 本である。

答えと解説

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解説を読む

カットの容量は、 の中の頂点から の外の頂点へ向かう有向辺の容量の和である。 の外から の中へ向かう辺は数えない。

なので、 の外は である。6 本の辺を順に調べる。

  • (容量 ):, なので数える。
  • (容量 ):両端とも の中なので数えない。
  • (容量 ): の外から中へ向かう辺なので数えない。
  • (容量 ):, なので数える。
  • (容量 ):両端とも の外なので数えない。
  • (容量 ):, なので数える。

したがって

である。

(参考:このことから、このネットワークのどのフローの値も を超えない。)

別解

、 である。, となる有向辺を調べる。
- : , なので含まれる。容量 。
- : なので含まれない。
- : 始点 なので含まれない。
- : , なので含まれる。容量 。
- : 始点 なので含まれない。
- : , なので含まれる。容量 。

よって 。

検算: から出る辺は , , の 3 本で、容量の和は になる。 は に入る向きなので数えない。

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