เติมถังขยะด้วยลูกคู่


12

ถังถูกเรียกว่าเต็มถ้ามันมีอย่างน้อยkลูก เป้าหมายของเราคือสร้างถังขยะให้ได้มากที่สุด

ในสถานการณ์ที่ง่ายที่สุดเราได้รับบอลnลูกและอาจจัดการให้พวกเขาโดยพลการ ในกรณีนั้นเห็นได้ชัดว่าสิ่งที่ดีที่สุดที่เราทำได้คือเลือกn/k bins โดยพลการและวางลูกไว้kในแต่ละอัน

ฉันสนใจในสถานการณ์ต่อไปนี้: เราได้รับลูกบอลn คู่ เราต้องใส่สองลูกของแต่ละคู่ในสองถังขยะที่แตกต่างกัน จากนั้นฝ่ายตรงข้ามจะมาและนำลูกบอลหนึ่งลูกออกจากแต่ละคู่ เราจะทำอย่างไรเพื่อให้มีจำนวนสูงสุดของถังขยะเต็มหลังจากการกำจัด?

กลยุทธ์ง่ายๆคือ: เลือกn/(2k1)ถังขยะ เติม bin คู่แต่ละคู่ด้วย2k1 ball-pair (แต่ละ bin มี2k1 ball, หนึ่งลูกจากแต่ละคู่) จากนั้นไม่ว่าศัตรูของเราจะลบสิ่งใดเราก็มีถังขยะเต็มคู่อย่างน้อยหนึ่งคู่

เรามีกลยุทธ์ที่ทำให้ได้ถังขยะเต็มจำนวนมากกว่า (มากกว่าn/(2k1) ) หรือไม่?


1
ฉันไม่เชื่อเช่นนั้น
Zach Saucier

ได้รับ nและได้รับ k ? kขึ้นอยู่กับ n ? nkkn
Evil

@EvilJS มีการให้และkและเป็นอิสระ nk
Erel Segal-Halevi

ผู้เล่นวางลูกบอลคู่ของเขาทั้งหมดแล้วเลือกคู่ต่อสู้nบอลหรือไม่หรือผู้เล่นวางลูกบอลหนึ่งคู่แล้วคู่ปรับเลือกหนึ่งคู่จากคู่นั้นแล้วผู้เล่นวางคู่ต่อไปและหยิบคู่ต่อสู้ หนึ่งและต่อไปจนกว่าจะไม่มีคู่ของลูกบอลที่จะวาง? nn
rotia

@rotia ผู้เล่นวางลูกบอล n คู่ของเขาทั้งหมดแล้วคู่ปรับก็หยิบลูก n
Erel Segal-Halevi

คำตอบ:


2

TL; DR - ไม่ไม่มีกลยุทธ์ที่ดีไปกว่ากลยุทธ์ง่าย ๆ นี่คือแนวคิดหลักของการพิสูจน์ เมื่อมีลูกบอลไม่เพียงพอจะมี "เส้นทางของลูกบอล" จากถังขยะ full ไปยังถังขยะที่มีลูกบอลk - 2มากที่สุด ฝ่ายตรงข้ามสามารถส่งลูกบอลจากถังขยะเต็มถังไปยังถังขยะเต็มตามเส้นทางนั้นซึ่งสามารถทำได้ซ้ำ ๆ จนกระทั่งจำนวนถังขยะเต็มk -full ลดลงkk2k


การปฏิรูปในทฤษฎีกราฟ

สมมติว่าเราจะได้รับกราฟ จำกัด ง่ายที่มีฟังก์ชั่นW : E Z 0 เราบอกว่ามีW ( E )ลูกในขอบอี ให้E 2เป็นชุด (ขอบที่มีเครื่องหมายสิ้นสุด) { ( e , v ) | อีE , วีE } ถ้าd : E 2Z 0 เป็นไปตามเงื่อนไขG(V,E)w:EZ0w(e)eE2{(e,v)|eE,ve}d:E2Z0สำหรับทุก ๆ ขอบ e = { v 1 , v 2 } , เราบอกว่า dคือ w -distributing ใด ๆ W -distributing ฟังก์ชั่นก่อให้เกิดฟังก์ชั่นที่เราใช้สัญลักษณ์เดียวกัน d : V Z 0 , d ( V ) =w(e)=d(e,v1)+d(e,v2)e={v1,v2}dwwdd:VZ0 ) เราบอกว่า d ( โวลต์)ลูกอยู่ในโวลต์ รับ k Z > 0 , ให้ F k ( d ) = # { v V | d ( วี) k }จำนวนของ k -full จุดโดยdd(v)=ved(e,v)d(v)vkZ>0Fk(d)=#{vV|d(v)k}kd

G(V,E)w:EZ0eEw(e)(2k1)minw-distributing dFk(d)

ลองนึกภาพจุดสุดยอดแต่ละอันคือ bin สำหรับแต่ละขอบ ,ลูกคู่จะใส่ลงในและแต่ละแห่งซึ่งได้รับลูก กลุ่มคนเหล่านี้ลูกคู่ปฏิปักษ์อาจใช้เวลาห่างลูกจากและลูกจากv_2ผลลัพธ์สุดท้ายนั้นเหมือนกับถ้าให้ถังขยะที่ว่างทั้งหมดเริ่มแรกสำหรับแต่ละขอบ , ลูกบอลจะถูกใส่เข้าไปและจากนั้นและลูกจะกระจายไปยังและw ( e ) v 1 v 2 w ( e ) w ( e ) d ( e , v 2 ) v 1 d ( e , v 1 ) v 2 e = { v 1 , v 2 } w ( e ) d ( e , ve={v1,v2}w(e)v1v2w(e)w(e)d(e,v2)v1d(e,v1)v2e={v1,v2}w(e)d ( e , v 2 ) v 1 v 2 t ( 2 k - 1 ) t 2 k - 1d(e,v1)d(e,v2)v1v2ตามลำดับโดยฝ่ายตรงข้าม ดังนั้นErel-Apass ทฤษฎีบทกล่าวว่าในการสั่งซื้อเพื่อให้แน่ใจว่าถังขยะ k เต็มรูปแบบหลังจากการกำจัดศัตรูสมาร์ทอย่างน้อยคู่ของลูกที่มีความจำเป็น t(2k1)tกล่าวอีกนัยหนึ่งกลยุทธ์ที่เหมาะสมที่สุดที่จะมีจำนวนถังขยะเต็มจำนวนมากที่สุดคือ "กลยุทธ์ง่าย ๆ " ซึ่งเติมถังคู่ที่แตกต่างกันซ้ำ ๆ ด้วยบอลคู่จนกว่าเราจะมีลูกบอลไม่พอที่จะทำซ้ำ2k1


พิสูจน์ทฤษฎีบท

เพื่อความขัดแย้งให้และเป็นตัวอย่างที่มีจำนวนจุดยอดน้อยที่สุดในบรรดาตัวอย่างทั้งหมด นั่นคือมี -distributingเช่นที่มีน้อยในทุกของ -distributing ฟังก์ชั่นDนอกจากนี้ w w m F k ( m ) F k ( d ) w d e E w ( e ) < ( 2 k - 1 ) F k ( m )G(V,E)wwmFk(m)Fk(d)wd

eEw(e)<(2k1)Fk(m)

ให้\} ให้\} ดังนั้นF_kV = { v V | m ( v ) k } F k ( m ) = # V Vs={vV|m(v)k2}V={vV|m(v)k}Fk(m)=#V

การเรียกร้องที่หนึ่ง: V_sVs หลักฐานการเคลมหนึ่ง สมมติว่ามิฉะนั้นว่างเปล่า ให้เราใช้เป็นฟังก์ชันตั้งแต่ถึงเช่นนั้นสำหรับใด ๆ V s v V m(v)=(k-1)#V+v V (m(v)-(k-1))(k-1)#V+# V >(k-1)#VwV
Vs

vVm(v)=(k1)#V+vV(m(v)(k1))(k1)#V+#V>(k1)#V
wV w(v)=v e w(e)vVv V w ( v )Z0w(v)=vew(e)vV bw(b)2k-1
vVw(v)=vVvew(e)=eEvew(e)=eE2w(e)=2eEw(e)=2eEvem(e,v)=2vVvem(e,v)=2vVm(v)>2(k1)#V
ดังนั้นต้องมียอดดังกล่าวว่า2k-1bw(b)2k1

พิจารณาการตั้งค่าที่เหนี่ยวนำและ , โดยที่ ,เป็นกราฟที่เหนี่ยวนำและที่ใด{E'} สำหรับ -distributing functionเราสามารถขยายมันไปยัง -distributing functionโดยที่เหมือนกับบนในขณะที่สำหรับทุกขอบที่อยู่ติดกับขโปรดทราบว่าตั้งแต่w V = V { b } G ( V , E ) G [ V ] w = w | E ' W ' d ' W d d ' d d ' d ' E ' d d ' ( อี,G(V,E)wV=V{b}G(V,E)G[V]w=w|EwdwdddddEe b F k ( d d ) = F k ( d ) + 1 d d ( b ) = b e d d ( e , b ) = b e w ( e ) = w ( b ) 2 kdd(e,b)=w(e)ebFk(dd)=Fk(d)+1dd(b)=bedd(e,b)=bew(e)=w(b)2k1k . จากนั้น ดังนั้นและเป็น counterexample จำนวนของจุดที่มีขนาดเล็กกว่าจำนวนของจุดในส่วนGที่ไม่สามารถเป็นจริงโดยสมมติฐานของเราเกี่ยวกับและWดังนั้นจึงมีการพิสูจน์ว่าเคลม

eEw(e)eEw(e)w(b)<(2k1)Fk(m)(2k1)=(2k1)(minw-distributing dFk(d)1)(2k1)(minw-distributing dFk(dd)1)(2k1)minw-distributing dFk(d)
G(V,E)wGG(V,E)w

สำหรับจุดยอดใด ๆให้นิยามเข้าถึงได้จากจุดยอดหากมีเส้นทาง ,เช่นนั้น 0 ให้\}vv duu0=u,u1,u2,,um,um+1=vm0d({ui,ui+1},ui)>0Vr=V{vV|uV and v is m-reachable from u}

การเรียกร้องที่สอง:Vr=V
หลักฐานของการเรียกร้องที่สอง: สมมติว่าV สำหรับจุดสุดยอดและเนื่องจากเราไม่สามารถไปถึงจากหากเป็นขอบแล้วพิจารณา การตั้งค่าที่เหนี่ยวนำและโดยที่ ,คือกราฟที่เหนี่ยวนำและโดยที่'} สำหรับการใด ๆ -distributing ฟังก์ชั่น ,VrVvVruVruv{v,u}w({v,u},v)=0.G(V,E)wv=VrG(V,E)G[V]w=w|Ewdwddโดยที่เหมือนกับบนและเหมือนกับบนขอบอื่น ๆ โปรดทราบว่าตั้งแต่จุดทั้งหมดที่มีไม่น้อยกว่าลูกภายในอยู่ในV_r จากนั้น ดังนั้นและdddEmFk(dd)=Fk(d)kVVr

eEw(e)eEw(e)<(2k1)Fk(m)=(2k1)minw-distributing dFk(d)(2k1)minw-distributing dFk(dd)(2k1)minw-distributing dFk(d)
G(V,E)wG. ที่ไม่สามารถจะเป็นจริงโดยสมมติฐานของเราเกี่ยวกับและWดังนั้นการเรียกร้องสองได้รับการพิสูจน์G(V,E)w

ตอนนี้ให้เราพิสูจน์ทฤษฎีบท

เนื่องจากและมีพา ธ ,พร้อม ,และ 0 ขอให้เราสร้าง -distributing ฟังก์ชั่นใหม่จากเพื่อให้ Vr=VVsu0=u,u1,u2,,um,um+1=vm0m(u)>km(v)k2d({ui,ui+1},ui)>0wr(m)m

r(m)(e,u)={m({ui,ui+1},ui)1 if (e,u)=({ui,ui+1},ui) for some 0imm({ui,ui+1},ui+1)+1 if (e,u)=({ui,ui+1},ui+1) for some 0imm(e,u) otherwise 

mและตกลงในจุดทั้งหมดยกเว้นและ ,และ(U) เราสามารถใช้วิธีการนี้ในจะได้รับ(เมตร) การทำซ้ำนี้เวลาสำหรับบางขนาดใหญ่พอที่เราจะได้รับ -distributing ฟังก์ชั่นมี 0 อย่างไรก็ตามเราสันนิษฐานว่าเป็นค่าต่ำสุดในหมู่ของ -distributing functionr(m)vum(v)<r(m)(v)k1r(m)(u)<m(u)r(m)r2(m)iiwri(m)F k ( m ) > 0 F ( d ) w dFk(ri(m))=0Fk(m)>0F(d)wd. ความขัดแย้งนี้แสดงให้เห็นว่าเราได้พิสูจน์ทฤษฎีบท Erel-Apass


ฉันอ่านหลักฐานมันดูดี ในความเป็นจริงถ้าฉันเข้าใจอย่างถูกต้องมันเป็นเรื่องทั่วไปมากขึ้นเพราะมันช่วยให้กราฟโดยพลการ - คำถามของฉันเป็นกรณีพิเศษที่ G เป็นกราฟสมบูรณ์ ถูกต้องหรือไม่ คำถามอื่น: หลักฐานที่ใช้ความจริงที่ว่า m เป็นเช่นนั้นว่า Fk (m) น้อยที่สุด? ฉันเห็นว่ามันใช้เฉพาะในย่อหน้าสุดท้าย - การอ้างสิทธิ์ก่อนหน้านี้ในการพิสูจน์ถูกต้องโดยปราศจากข้อเท็จจริงนี้หรือไม่?
Erel Segal-Halevi

ใช่ทฤษฎีบทนั้นถูกต้องสำหรับกราฟใด ๆ เพราะมันบอกว่า "สำหรับกราฟที่เรียบง่าย (จำกัด ใด ๆ ) G (V, E)" จำนวนของเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการอ้างสิทธิ์แต่ละครั้ง หากคุณค้นหา "counterexample" คุณจะพบว่ามีการใช้ minimality น้อยที่สุด Fk(m)
John L.
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.