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数学知识体系

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⌕2026/8/31
概念

匹配理论

最大匹配求「最多能配多少对」,霍尔定理给出二部图完美匹配的充要条件,稳定匹配算法(GS 算法)保证公平配对。

所属主题:图论 ↗
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匹配理论图论

01定义

匹配是两两无公共端点的边集。霍尔定理给出二部图完美匹配的充要条件(任何子集的邻居不少于自身),匈牙利算法高效求最大匹配,Gale-Shapley 稳定匹配算法则保证公平的双边配对。
实线 = 匹配边(完美匹配) 霍尔条件:任何 k 个左点的邻居 ≥ k 个
二部图的完美匹配:左右顶点一一配对

02核心要点

01

霍尔定理

二部图 (X,Y)(X,Y) 存在饱和 XX 的匹配   ⟺  \iff 任意 S⊆XS\subseteq X,∣N(S)∣≥∣S∣|N(S)|\geq|S|——「邻居足够多」是配对的充要条件。

02

算法

匈牙利算法沿增广路径翻转匹配(Berge 定理:最大 ⇔ 无增广路),O(VE)O(VE);Hopcroft-Karp 达 O(EV)O(E\sqrt V)。

03

稳定匹配

Gale-Shapley 求婚算法总产出稳定配对(无人能通过私奔改善);医院-住院医师、择校录取都以此为基础机制设计,获 2012 年诺贝尔经济学奖。

03关键公式

∀S⊆X: ∣N(S)∣≥∣S∣  ⟺  饱和 X 的匹配存在\forall S\subseteq X:\ |N(S)|\geq|S|\iff\text{饱和}\ X\ \text{的匹配存在}

04历史沿革

柯尼希与霍尔 1930 年代建立二部匹配理论;埃杰瓦里 1965 年、Hopcroft-Karp 1973 年完善算法;盖尔与沙普利 1962 年提出稳定婚姻问题。

05应用与延伸

在线广告撮合、肾脏交换移植、住院医师规培分配、求职平台的双选机制——「公平配对」的数学与工程实现。

06交互演示

二分图匹配:增广路算法逐步为左侧节点找到互不冲突的右侧配对

07相关概念