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📜  从图中找到一组最多N 2个节点,以便所有其余节点都直接连接到所选节点中的一个(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:21:56.736000             🧑  作者: Mango

从图中找到一组最多N 2个节点,以便所有其余节点都直接连接到所选节点中的一个

在图论中,寻找一组最多只包含2个点的节点集合,使得其他所有节点都可以找到一条路径连接其中一个节点,是一个常见的问题。这个问题也被称为最小支配集问题(Minimum Dominating Set Problem)。

这个问题可以被视为集合覆盖问题(Set Covering Problem)的一个特例。在这个问题中,节点集合可以被视为集合,它们之间的关系可以被视为包含关系。寻找最小支配集相当于选择尽可能少的集合,以覆盖所有的元素。不同的是,在最小支配集问题中,我们同样也需要确保选择的集合数目最小,因为一个节点最多只能被两个支配节点所覆盖。

以下是一个基于贪心算法的实现,该算法可以寻找到一个近似最优解:

def find_min_dominating_set(graph, n):
    # 初始化支配节点集合为空
    dom_set = set()
    # 图中所有节点集合
    nodes = set(graph.keys())
    # 只寻找最多N个支配节点
    max_nodes = min(n, len(nodes))

    while nodes:
        # 计算每个非支配节点所连接的边数
        counts = {node: sum(node in graph[other] for other in nodes - {node})
                  for node in nodes - dom_set}
        # 选择连接边数最多的节点
        node, _ = max(counts.items(), key=lambda x: x[1])
        # 将所选节点加入到支配节点集合中
        dom_set.add(node)
        # 将连接到所选节点的其他节点删除
        nodes -= set(graph[node])

        if len(dom_set) >= max_nodes:
            break

    return dom_set

这个算法的时间复杂度为$O(n^2)$,其中$n$为节点数。由于该算法采用了贪心策略,因此不能保证得到最优解。但实际应用中,选择一个近似最优解已经足够。