树的最小支配集，最小点覆盖，最大独立集两种算法

1.基本概念

对图G=<V,E>,

最小支配集：从V中取尽量少的点组成一个集合，使得V中剩余的点都与取出来的点有边相连

最小点覆盖：从V中取尽量少的点组成一个集合，使得E中所有边都与取出来的点相连

最大独立集：从V中取尽量多的点组成一个集合，使得这些点之间没有边相连

 

2.贪心法求树的最小支配集，最小点覆盖，最大独立集模板

基本算法：

以最小支配集为例，首先选择一点为根，按照深度优先遍历得到遍历序列，按照所得序列的反向序列的顺序进行贪心，对于一个既不属于支配集也不与支配集中的点相连的点来说，如果他的父节点不属于支配集，将其父节点加入支配集。

struct Edge
{
int v,next;
}G[M];

int fa
;
int vis
;
int pos
,head
;
int now;
int n,m;

void DFS(int u)
{
pos[now++] = u;
for(int i=head[u];i!=-1;i=G[i].next)
{
int v = G[i].v;
if(!vis[v])
{
vis[v] = 1;
fa[v] = u;
DFS(v);
}
}
}

int MDS()
{
int s
= {0};
int set
= {0};
int ans = 0;
for(int i=now-1;i>=0;i--)
{
int t = pos[i];
if(!s[t])
{
if(!set[fa[t]])
{
set[fa[t]] = 1;
ans++;
}
s[t] = 1;
s[fa[t]] = 1;
s[fa[fa[t]]] = 1;
}
}
return ans;
}

int MPC()
{
int s
= {0};
int set
= {0};
int ans = 0;
for(int i=now-1;i>=0;i--)
{
int t = pos[i];
if(!s[t] && !s[fa[t]])
{
set[fa[t]] = 1;
ans++;
s[t] = 1;
s[fa[t]] = 1;
}
}
return ans;
}

int MIS()
{
int s
= {0};
int set
= {0};
int ans = 0;
for(int i=now-1;i>=0;i--)
{
int t = pos[i];
if(!s[t])
{
set[t] = 1;
ans++;
s[t] = 1;
s[fa[t]] = 1;
}
}
return ans;
}

int main()
{
//读入图信息
memset(vis,0,sizeof(vis));
now = 0;
vis[1] = 1;
fa[1] = 1;
DFS(1);
printf("%d\n",MIS()); //MDS | MPC
return 0;
}

 

3.树形DP算法

(1)最小支配集：

定义：

dp[i][0]: 点i属于支配集，并且以点i为根的子树都被覆盖了的情况下支配集中包含的最少点数

dp[i][1]: 点i不属于支配集，且以i为根的子树都被覆盖，且i被其中不少于1个子节点覆盖的情况下支配集包含的最少点数

dp[i][2]: 点i不属于支配集，且以i为根的子树都被覆盖，且i没被子节点覆盖的情况下支配集包含的最少点数

则有：

dp[i][0] = SUM{min(dp[u][0],dp[u][1],dp[u][2])} (fa[u] = i)

dp[i][1]:

if(i没有子节点)  dp[i][1] = INF

else   dp[i][1] = SUM{min(dp[u][0],dp[u][1])} + inc  (fa[u] = i)

inc有：

if(上面式子中SUM{min(dp[u][0],dp[u][1])}包含某个dp[u][0])  inc = 0

else  inc = MIN(dp[u][0]-dp[u][1]) (fa[u] = i)

dp[i][2] = SUM(dp[u][1]) (fa[u] = i)

void MDS_DP(int u,int fa)
{
dp[u][2] = 0;
dp[u][0] = 1;
int s = 0;
int sum = 0;
int inc = Mod;
for(int i=head[u];i!=-1;i=G[i].next)
{
int v = G[i].v;
if(v == fa)
continue;
MDS_DP(v,u);
dp[u][0] += min(dp[v][0],min(dp[v][1],dp[v][2]));
if(dp[v][0] <= dp[v][1])
{
sum += dp[v][0];
s = 1;
}
else
{
sum += dp[v][1];
inc = min(inc,dp[v][0]-dp[v][1]);
}
if(dp[v][1] != Mod && dp[u][2] != Mod)
dp[u][2] += dp[v][1];
else
dp[u][2] = Mod;
if(inc == Mod && !s)  //i没有子节点
dp[u][1] = Mod;
else
{
dp[u][1] = sum;
if(!s)
dp[u][1] += inc;
}
}
}

 

(2)最小点覆盖

定义：

dp[i][0]: 点i属于点覆盖，并且以点i为根的自述中所连接的边都被覆盖的情况下点覆盖集所包含的最少点数

dp[i][1]: 点i不属于点覆盖，并且以点i为根的自述中所连接的边都被覆盖的情况下点覆盖集所包含的最少点数

则有：

dp[i][0] = SUM{min(dp[u][0],dp[u][1])}+1 (fa[u] = i)

dp[i][1] = SUM(dp[u][0])  (fa[u] = i)

void MPC_DP(int u,int fa)
{
dp[u][0] = 1;
dp[u][1] = 0;
for(int i=head[u];i!=-1;i=G[i].next)
{
int v = G[i].next;
if(v = fa)
continue;
MPC_DP(v,u);
dp[u][0] += min(dp[v][0],dp[v][1]);
dp[u][1] += dp[v][0];
}
}

 

(3)最大独立集

dp[i][0]: 点i属于独立集的情况下，最大独立集中点的个数

dp[i][1]: 点i属于独立集的情况下，最大独立集中点的个数

则有：

dp[i][0] = SUM(dp[u][1])+1  (fa[u] = i)

dp[i][1] = SUM{max(dp[u][0],dp[u][1])}  (fa[u] = i)

void MIS_DP(int u,int fa)
{
dp[u][0] = 1;
dp[u][1] = 0;
for(int i=head[u];i!=-1;i=G[i].next)
{
int v = G[i].v;
if(v == fa)
continue;
MIS_DP(v,u);
dp[u][0] += dp[v][1];
dp[u][1] += max(dp[v][0],dp[v][1]);
}
}