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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。

を始点、 を終点とする。頂点の集合 で定まる - カットの容量

を求めよ。ただし、和は , を満たす有向辺 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

s-t カットの容量の定義を使う。 の中から の外へ向かう有向辺だけを集める。

ヒント 2

である。各辺 について「 かつ 」かどうかを確かめる。 のように外から に入る辺は数えない。

ヒント 3

条件を満たす辺は , , の 3 本である。あとは容量を足す。

答えと解説

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解説を読む

カットの容量は、始点側の集合 の頂点から出て、 の外()の頂点に入る有向辺の容量の和である。

なので、 である。

6 本の有向辺を一つずつ調べる。
- :, なので数える(容量 )。
- :両端とも に含まれるので数えない。
- : の外から に入る向きなので数えない(逆向きの辺はカットの容量に入らない)。
- :, なので数える(容量 )。
- :両端とも の外なので数えない。
- :, なので数える(容量 )。

したがって

(補足: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の値も 以下である。)

答えは である。

別解

、 である。 から へ向かう有向辺を数え上げる。

  • :, なので含める。容量 。
  • : なので含めない。
  • :始点 なので含めない。
  • :, なので含める。容量 。
  • :始点 なので含めない。
  • :, なので含める。容量 。

したがって 。

検算: から出る辺は , , の 3 本で、容量の和は となり一致する。なお、(容量 2)は に入る向きなので数えない。

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