独立集 | 图论相关概念
独立集(Independent set)
一个独立集(也称为稳定集)是一个图中一些两两不相邻的顶点所形成的集合,如果两个点没有公共边,那么这两个点可以被放到一个独立集中。换句话说,独立集 S 由图中若干顶点组成,且 S 中任两个顶点之间没有边。等价地,图中的每条边至多有一个端点属于 S 。一个独立集的基数是它包含顶点的数目。
如下图中,所有灰色的点可以构成一个独立集,因为他们互相之间没有任何公共边。
对于三个点组成的完全图而言,每个点自身是一个独立集(且是最大独立集);对四个点构成的四边形图而言,对角的两个点组成一个独立集(且是最大独立集)。
最大独立集
如果往图 G 的独立集 S 中添加任一个顶点都会使独立性丧失(亦即造成某两点间有边),那么称 S 是极大独立集。
如果 S 是图中所有独立集之中基数最大的,那么称 S 是最大独立集,且将该基数称为 G 的独立数,记为 α(G) 。一般来讲,图 G 中可能存在多个极大独立集和最大独立集。
根据定义,最大独立集一定是极大独立集,但反之未必。
问题难度
给定一张图,寻找其中一个最大独立集的问题被称为最大独立集问题。该问题已知是 NP 困难的最优化问题,且即便试图以常数倍近似也是 NP 困难的。因此,计算机科学家普遍相信不存在解决该问题的高效算法,无论是精确求解还是以常数倍近似求解。
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