重み付きグラフに2つの異なる最小全域木およびがある場合、任意のエッジに対して、同じ重みを持つのエッジの数(自体を含む)は、と同じ重みを持つのエッジの数と同じですか?ステートメントが真である場合、どのようにそれを証明できますか?T 1 = (V 1、E 1)T 2 = (V 2、E 2)e E 1 E 1 e e E 2 e
重み付きグラフに2つの異なる最小全域木およびがある場合、任意のエッジに対して、同じ重みを持つのエッジの数(自体を含む)は、と同じ重みを持つのエッジの数と同じですか?ステートメントが真である場合、どのようにそれを証明できますか?T 1 = (V 1、E 1)T 2 = (V 2、E 2)e E 1 E 1 e e E 2 e
回答:
主張:はい、その記述は真実です。
証明の概略:レッツエッジ重みマルチセットを持つ2つの最小スパニングツリーである。と仮定し、との対称差を示します。
エッジをで選択し。つまり、eはツリーの1つだけで発生し、重みが最小ではないエッジです。このようなエッジ、特にe \ in T_1 \ mathop {\ Delta} T_2は常に存在します。明らかに、重み\ min Wのすべてのエッジが両方のツリーに存在できるわけではなく、そうでない場合は\ min W \ notin Wです。Wlog eをT_1に入れ、T_1がT_2よりも多くの重み\ min Wのエッジを持っていると仮定します。
次に、によって誘導されるカットもあるすべてのエッジを考えます。エッジがある場合、と同じ量を有しそこに、更新用いての代わりに、新しいツリーは、と同じエッジ重みマルチセットを持つ最小スパニングツリーであることに注意してください。この引数を反復し、を2つの要素で縮小し、それによってすべてのステップでの候補のセットから1つのエッジを削除します。したがって、すべてのエッジ(は更新されたバージョンです)以外の重みがあります。
今、私たちは常に選択することができます我々が交換できるようにと、我々は新しいスパニングツリーを作成することができていること、¹
およびよりも小さい重みがあります。これは、最小スパニングツリーとしての選択と矛盾します。したがって、です。
他のマトロイドでも機能する、もう少し単純な引数を次に示します。(私は別の質問からこの質問を見ました。)
にエッジがあると仮定します。一般性を失うことなく、重み関数が値をとると仮定します。したがって、をセット for分割します。私たちは、数の上での誘導を行うことができます非空のと頂点の数で ; 以下のためにと任意の、ステートメントが明らかです。M W [ M ] E E I:= W - 1(I )I ∈ [ M ] J、N 、G 、J = 1つのN
マトロイドに関する標準的な事実は、すべてのMSTに対してによって誘導される順序の線形拡張があり、貪欲アルゴリズムが生成することです。w T
帰納を閉じるには、を最大数にして、が空にならないようにします。セット。線形拡張がエッジ前にすべてのエッジを置くことに。事実によれば、MSTはとからのいくつかのエッジによって誘導された部分グラフのスパニングフォレストで構成されます。帰納仮説により、各連結成分は、場合、各からの同じ数のエッジを持ちます。すべての選択肢からE T E ' = E 1 ∪ ⋯ ∪ E T - 1 wのE ' E T F E ' E T F E I I < T F E T F F同じサイズを持ち、からスパニングツリーを完成させるために必要なからのエッジの数は、の選択に依存せず、完了です。