سوال ۱
$mn$ شکلات در خانههای یک جدول $m×n$ قرار گرفته اند (لزومی ندارد در هر خانه دقیقاً یک شکلات باشد. است برخی از خانه ها بدون شکلات و برخی از خانه ها شامل بیش از یک شکلات باشند). در هر مرحله میتوانیم یکی از چهار کار زیر را انجام دهیم:
- دو سطر را انتخاب کرده و محتوایشان را جابه جا کنیم.
- دو ستون را انتخاب کرده و محتوایشان را جابه جا کنیم.
- دو خانه را انتخاب کرده و محتوایشان را جابه جا کنیم.
- تعدادی شکلات از یک خانه برداشته (نه لزوماً تمام شکلاتهای آن خانه) و به خانه ای مجاور منتقل کنیم.(دو خانه را مجاور گوییم، اگر یک ضلع مشترک داشته باشند).
می خواهیم با تعدادی مرحله به وضعیتی برسیم که هر خانه دقیقاً یک شکلات داشته باشد. کم ترین تعداد مرحلهی لازم برای رسیدن به این هدف را فان دی نامبر جدول مینامیم. بیشینهی فان دی نامبر در میان تمام جدولهای $m×n$ چقدر است؟
راهنمایی
جدولی را در نظر بگیرید که تمام شکلاتهای آن در یک خانه باشند.
راهنمایی
تنها عمل چهارم بر تعداد خانههایی که شکلات دارند میتواند تاثیر بگذارد.
راهنمایی
چون از یک خانهی با شکلات شروع میکنیم و باید به $mn$ خانهی با شکلات برسیم، حداقل $mn-1$ عمل نیاز داریم.
راهنمایی
برای اثابت کافی بودن $mn-1$ عمل، تنها بر عمل نوع چهارم تمرکز کنید.
راهنمایی
جدول مسئله را به گرافی مدل کنید که هر خانه یک راس و هر مجاورت ضلعی یک یال باشد.
راهنمایی
زیردرخت فراگیری از گراف داده شده را در نظر بگیرید. چه استفادهای از آن میتوان کرد؟
راهنمایی
برای هر یال زیردرخت، حذف آن یال دو مؤلفه ایجاد میکند که یا تعداد مناسبی شکلات در هر یک است، یا یکی تعداد بیشتر از نیازش شکلات دارد که باید به مؤلفهی دیگر بدهد.
راهنمایی
هر یال را در جهتی که باید شکلات از آن عبور کند جهتدهی کنید و روی هر یال، تعداد شکلاتهایی که باید از آن عبور کند را یادداشت کنید.
راهنمایی
اگر $O(v)$ را مجموع مقدار یالهای خروجی راس $v$ و $I(v)$ را مجموع مقدار یالهای ورودی راس $v$ و $C(v)$ را تعداد شکلاتهای اولیهی راس $v$ در نظر بگیریم، چه رابطهای بین این سه مقدار وجود دارد؟ <راهنمایی>
<راهنمایی> برای هر راس مثل $v$، $$I(v)+S(v)-O(v)=1$$
راهنمایی
اگر یکی از این رئوس درجهی ورودی صفر داشته باشد، آیا میشود با خیال راحت شکلاتهای مورد نیاز را از هر یال متصل به آن عبور داد؟
راهنمایی
بله. طبق تساوی بالاتر، وقتی ورودی نداریم، تعداد شکلاتهای این راس یک واحد از مقداری که باید از یالهای متصل به این راس خارج شود بیشتر است.
راهنمایی
چون جهتدهی انجام شده روی درخت است، پس دور نداریم.
راهنمایی
با اعمال سه راهنمایی فوق، کافی است یک topological sort از درخت را در نظر بگیریم، هر بار از یک راس بدون درجهی ورودی، شکلاتها را منتقل کنیم.