Greedy algorithm

 维基百科：

https://en.wikipedia.org/wiki/Havel%E2%80%93Hakimi_algorithm

https://en.wikipedia.org/wiki/Erd%C5%91s%E2%80%93Gallai_theorem

 

Given a list of n natural numbers d1, d2,...,dn, show how to decide in polynomial
time whether there exists an undirected graph G = (V, E) whose node degrees
are precisely the numbers d1, d2, · · · , dn. G should not contain multiple edges
between the same pair of nodes, or “ loop” edges with both endpoints equal to
the same node.

Havel定理描述
给定一个非负整数序列{d1,d2,...dn}，若存在一个无向图使得图中各点的度与此序列一一对应，则称此序列可图化。进一步，若图为简单图，则称此序列可简单图化。


可图化的判定比较简单：d1+d2+...dn=0(mod2)。关于具体图的构造，我们可以简单地把奇数度的点配对，剩下的全部搞成自环。


可简单图化的判定，有一个Havel定理，是说: 我们把序列排成不增序，即d1>=d2>=...>=dn，则d可简单图化当且仅当d'=(d2-1, d3-1, ... d(d1+1)-1, d(d1+2), d(d1+3), ... dn)可简单图化。这个定理写起来麻烦，实际上就是说，我们把d排序以后，找出度最大的点(设度为d1)，把它和度次大的d1个点之间连边，然后这个点就 可以不管了，一直继续这个过程，直到建出完整的图，或出现负度等明显不合理的情况。


定理的简单证明如下:


(<=)若d'可简单图化，我们只需把原图中的最大度点和d'中度最大的d1个点连边即可，易得此图必为简单图。


(=>)若d可简单图化，设得到的简单图为G。分两种情况考虑:


(a)若G中存在边(V1,V2), (V1,V3), ...(V1,V(d1+1))，则把这些边除去得简单图G'，于是d'可简单图化为G'

(b)若存在点Vi,Vj使得i<j, (V1,Vi)不在G中，但(V1,Vj)在G中。这时，因为di>=dj，必存在k使得(Vi, Vk)在G中但(Vj,Vk)不在G中。这时我们可以令GG=G-{(Vi,Vk),(V1,Vj)}+{(Vk,Vj),(V1,Vi)}。GG的度序 列仍为d，我们又回到了情况(a)。

 

 

 

（以下演示转自 “每天进步一点点” 博客: http://sbp810050504.blog.51cto.com/2799422/883904）

 

 

 

Havel-Hakimi定理很容易理解：

 

三步走就可以了：

 

比如序列：4 7 7 3 3 3 2 1

 

 

 

下标	1	2	3	4	5	6	7	8
值	4	7	7	3	3	3	2	1

 

 

 

 

 

第一步：把序列按降序排序。

 

 

 

下标	1	2	3	4	5	6	7	8
值	7	7	4	3	3	3	2	1

 

 

 

 

 

第二步：删除第一个数7。序列变成

 

 

 

下标	1	2	3	4	5	6	7
值	7	4	3	3	3	2	1

 

 

 

 

 

第三步：从头开始，数7个数，也就是下标：[1,7]把[1,7]区间里的值都减1

 

由于第一个数已经删除，那么序列变成这样的了：

 

 

 

下标	1	2	3	4	5	6	7
值	6	3	2	2	2	1	0

 

 

 

然后：

 

重复第一步：排序。

 

重复第二步：删除第一个数6

 

重复第三步：从头开始数6个数：也就是下标【1,6】，把区间【1，6】中的数删除。序列变成：

 

 

 

下标	1	2	3	4	5	6
值	2	1	1	1	0	-1

 

 

 

由于已经出现了-1，而一个点的边数（度）不可能为负数。所以，我们就可以判定序列无法构成一个图，所以此序列是不可图的。

 

下面再举一个例子：

 

已经排序：

 

 

 

5

4

3

3

2

2

2

1

1

1.

 

 

 

删除第一个数5：

 

 

 

4

3

3

2

2

2

1

1

1.

 

 

 

 

 

把前面5个数减1：

 

 

 

3

2

2

1

1

2

1

1

1.

 

 

 

排序：

 

 

 

3

2

2

2

1

1

1

1

1.

 

 

 

删除第一个数3：

 

 

 

 

 

2

2

2

1

1

1

1

1.

 

 

 

把前面3个数减1：

 

 

 

1

1

1

1

1

1

1

1.

 

 

 

排序：

 

 

 

1

1

1

1

1

1

1

1.

 

 

 

删除第一个数1：

 

 

 

1

1

1

1

1

1

1.

 

 

 

把前面1个数减1：

 

 

 

0

1

1

1

1

1

1.

 

 

 

排序：

 

 

 

1

1

1

1

1

1

0

 

 

 

删除第一个数1：

 

 

 

1

1

1

1

1

0

 

 

 

把前面1个数减1：

 

 

 

0

1

1

1

1

0

 

 

 

排序：

 

 

 

1

1

1

1

0

0

 

 

 

              

 

依此类推：到最后只剩下：

 

 

 

0

0

0

0

 

 

 

由此判断该序列是可图的。

 

 

核心代码：

 

bool Havel_Hakimi(){
    for(int i=0; i<n-1; ++i){
        sort(arr+i,arr+n,greater<int>());
        if(i+arr[i] >= n) return false;
        for(int j=i+1; j<=i+arr[i] ; ++j){
            --arr[j];
            if(arr[j] < 0) return false;
        }
    }
    if(arr[n-1]!=0) return false;
    return true;
}