Python中的Hopcroft-Karp算法

Question

我正在尝试在Python中实现Hopcroft Karp算法，并使用networkx来表示图。

目前我已经做到这个程度：

#Algorithms for bipartite graphs

import networkx as nx
import collections

class HopcroftKarp(object):
    INFINITY = -1

    def __init__(self, G):
        self.G = G

    def match(self):
        self.N1, self.N2 = self.partition()
        self.pair = {}
        self.dist = {}
        self.q = collections.deque()

        #init
        for v in self.G:
            self.pair[v] = None
            self.dist[v] = HopcroftKarp.INFINITY

        matching = 0

        while self.bfs():
            for v in self.N1:
                if self.pair[v] and self.dfs(v):
                    matching = matching + 1

        return matching

    def dfs(self, v):
        if v != None:
            for u in self.G.neighbors_iter(v):
                if self.dist[ self.pair[u] ] == self.dist[v] + 1 and self.dfs(self.pair[u]):
                    self.pair[u] = v
                    self.pair[v] = u

                    return True

            self.dist[v] = HopcroftKarp.INFINITY
            return False

        return True

    def bfs(self):
        for v in self.N1:
            if self.pair[v] == None:
                self.dist[v] = 0
                self.q.append(v)
            else:
                self.dist[v] = HopcroftKarp.INFINITY

        self.dist[None] = HopcroftKarp.INFINITY

        while len(self.q) > 0:
            v = self.q.pop()
            if v != None:
                for u in self.G.neighbors_iter(v):
                    if self.dist[ self.pair[u] ] == HopcroftKarp.INFINITY:
                        self.dist[ self.pair[u] ] = self.dist[v] + 1
                        self.q.append(self.pair[u])

        return self.dist[None] != HopcroftKarp.INFINITY


    def partition(self):
        return nx.bipartite_sets(self.G)

这个算法是参考自这个链接。不过它并没有正常工作。我使用了以下测试代码：

G = nx.Graph([
(1,"a"), (1,"c"),
(2,"a"), (2,"b"),
(3,"a"), (3,"c"),
(4,"d"), (4,"e"),(4,"f"),(4,"g"),
(5,"b"), (5,"c"),
(6,"c"), (6,"d")
])

matching = HopcroftKarp(G).match()

print matching

不幸的是，这段代码也不行，我陷入了一个无尽的循环 :(. 有人能帮我找出错误吗？我已经没有其他想法了，而且我必须承认我还没有完全理解这个算法，所以这基本上是对维基百科上伪代码的实现。

Answer 1

在Python中，有一个专门用来实现这个算法的工具包。你可以直接使用这个叫做HopcroftKarp的工具包来进行你的编程实现。

Answer 2

这一行

if self.pair[v] and self.dfs(v):

应该是

if self.pair[v] is None and self.dfs(v):

根据维基百科上的伪代码来看。 我看到的另一个问题是，你把双端队列（deque）当成栈来用，但你其实想把它当成队列来用。要解决这个问题，你只需要用popleft而不是pop（pop是从右边取）。所以这一行

v = self.q.pop()

应该是

v = self.q.popleft()

希望其他部分都能正常工作。我只是检查你的Python代码是否和维基百科上的伪代码一样，所以希望那个伪代码是正确的。