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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、始点は 、終点は である。有向辺とその容量は次の 本である。

- カット の容量

を求めよ。

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

- カットの容量の定義 を使います。 と の外 を書き出しましょう。

ヒント 2

数えるのは「 の中から の外へ」向かう辺だけです。 の外から へ向かう辺(たとえば )は数えません。

ヒント 3

なので、数える辺は , , の 3 本です。それぞれの容量を足します。

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す。 の外から の中へ向かう辺は数えません。

なので、 の外は です。

6 本の辺を 1 本ずつ調べます。
- (容量 ):, なので数える。
- (容量 ): なので の中どうしの辺。数えない。
- (容量 ): の外から中へ向かう辺。数えない。
- (容量 ):, なので数える。
- (容量 ): の外どうしの辺。数えない。
- (容量 ):, なので数える。

したがって

です。

フローの値はどのカットの容量も超えないので、このネットワークのどのフローも値は 以下であることがわかります。

別解

、補集合は 。 から外へ出る辺(始点が 、終点が の外)を数える。
- :、 なので含む。容量 5
- : なので含まない
- :始点 なので含まない
- :、 なので含む。容量 3
- :始点 なので含まない
- :、 なので含む。容量 6

よって 。

検算: から出る辺は の 3 本で、容量の和は 。(容量 2)は に入る向きなので数えない。

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