TL; DR - нет, нет лучшей стратегии, чем простая стратегия. Вот основная идея доказательства. Когда шаров не хватает, будет «дорожка шаров» от корзины с полками до корзины с не более чем шарами. Противник может передать мяч из этого полного бина в этот менее полный бункер по этому пути, что можно делать несколько раз, пока число полных бинов не уменьшится.k - 2 kkk−2k
Переформулировка в теории графов
Предположим, нам дан простой конечный граф с функцией . Мы говорим, что в ребре есть шаров . Пусть будет (конечное ребро) множество . Если удовлетворяет для каждого ребра , мы говорим, что это -distributing. Любая -распределительная функция индуцирует функцию, которую мы используем одним и тем же символом, , , Мы говорим, чтоw : E → Z ≥ 0 w ( e ) e E 2 { ( e , v ) | e ∈ E , v ∈ e } d : E 2 → Z ≥ 0 w ( e ) = d ( e , v 1 ) + d ( e , vG(V,E)w:E→Z≥0w(e)eE2{(e,v)|e∈E,v∈e}d:E2→Z≥0e = { v 1 , v 2 } d w w d d : V → Z ≥ 0 d ( v ) = ∑ v ∈ e d ( e , v ) d ( v ) v k ∈ Z > 0 F k ( г ) = # { v ∈ V | д (w(e)=d(e,v1)+d(e,v2)e={v1,v2}dwwdd:V→Z≥0d(v)=∑v∈ed(e,v)d(v) шары находятся в . Учитывая , пусть , число -полных вершин на .vk∈Z>0k dFk(d)=#{v∈V|d(v)≥k}kd
(Теорема Эрла-Апаса). Для любого простого конечного графа и имеемG(V,E)w:E→Z≥0∑e∈Ew(e)≥(2k−1)minw-distributing dFk(d)
Представьте, что каждая вершина является мусорным ведром. Для каждого ребра , шариковой пары помещают в и , каждый из которых получать шаров. Среди этих шаровых пар противник может забрать шаров из и шаров из . Конечный результат такой же, как если бы, учитывая изначально все пустые ячейки, для каждого ребра , в него помещаются шарики , а затем и шары распределены по иe={v1,v2}w(e)v1v2w(e)w(e)d(e,v2)v1d(e,v1)v2e={v1,v2}w(e)d(e,v1)d(e,v2)v1v2соответственно противником. Следовательно, теорема Эрла-Апаса говорит о том, что для обеспечения k-полных корзин после удаления умного противника необходимо по крайней мере пар шаров. t(2k−1)tДругими словами, оптимальной стратегией, позволяющей иметь максимально возможное количество оставшихся бинов, является действительно «простая стратегия», которая многократно заполняет другую пару бинов шариковыми парами, пока у нас не будет достаточно шаров для повторения.2k−1
Доказательство теоремы
Для противоречия, пусть и - контрпример, число вершин которого наименьшее среди всех контрпримеров. То есть, есть -distributing таким образом, что минимален среди всех из -distributing функции . Кроме того,
G(V,E)wwmFk(m)Fk(d)wd
∑e∈Ew(e)<(2k−1)Fk(m)
Пусть . Пусть . Так что .Vs={v∈V|m(v)≤k−2}Vℓ={v∈V|m(v)≥k}Fk(m)=#Vℓ
Утвердите одно: . Vs≠∅
Доказательство претензии один. Предположим, что в противном случае пуст.
Давайте также повторно использовать как функцию из в такую что для любого .
Vs
∑v∈Vm(v)=(k−1)#V+∑v∈V(m(v)−(k−1))≥(k−1)#V+#Vℓ>(k−1)#V
wVZ≥0w(v)=∑v∈ew(e)v∈V∑v∈Vw(v)=∑v∈V∑v∈ew(e)=∑e∈E∑v∈ew(e)=∑e∈E2w(e)=2∑e∈Ew(e)=2∑e∈E∑v∈em(e,v)=2∑v∈V∑v∈em(e,v)=2∑v∈Vm(v)>2(k−1)#V
Так что должна быть вершина такая, что .
bw(b)≥2k−1
Рассмотрим индуцированные установки и , где , - индуцированный граф и где . Для любой -распределяющей функции мы можем расширить ее до -распределительной функции где совпадает с на а для каждого ребра смежного с . Обратите внимание, что так какG′(V′,E′)w′V′=V∖{b}G′(V′,E′)G[V′]w′=w|E′w′d′wdd′dd′d′E′dd′(e,b)=w(e)ebFk(dd′)=Fk(d′)+1dd′(b)=∑b∈edd′(e,b)=∑b∈ew(e)=w(b)≥2k−1≥k . Тогда
Таким образом, и представляет собой контрпример, число вершин меньше , чем число вершин в . Это не может быть верным по нашему предположению о и . Так что утверждение одно доказано.
∑e∈E′w′(e)≤∑e∈Ew(e)−w(b)<(2k−1)Fk(m)−(2k−1)=(2k−1)(minw-distributing dFk(d)−1)≤(2k−1)(minw′-distributing d′Fk(dd′)−1)≤(2k−1)minw′-distributing d′Fk(d′)
G′(V′,E′)w′GG(V,E)w
Для любой вершины определите достижимый из вершины если существует путь , такой, что . Пусть .vv duu0=u,u1,u2,⋯,um,um+1=vm≥0d({ui,ui+1},ui)>0Vr=Vℓ∪{v∈V|∃u∈Vℓ and v is m-reachable from u}
Претензии два:Vr=V
Доказательство п два: пусть . Для любой вершины и , поскольку мы не можем достичь из , если - ребро, то Рассмотрим индуцированная установка и , где , - индуцированный граф и где . Для любой -распределительной функции ,Vr≠Vv∈Vru∉Vruv{v,u}w({v,u},v)=0.G′(V′,E′)w′v′=VrG′(V′,E′)G[V′]w′=w|E′w′d′wdd′где такой же, как на и такой же, как на других ребрах. Обратите внимание, что поскольку все вершины с не менее чем шарами находятся в . Тогда
Итак, иdd′d′E′mFk(dd′)=Fk(d′)kVℓ⊂Vr
∑e∈E′w′(e)≤∑e∈Ew(e)<(2k−1)Fk(m)=(2k−1)minw-distributing dFk(d)≤(2k−1)minw′-distributing d′Fk(dd′)≤(2k−1)minw′-distributing d′Fk(d′)
G′(V′,E′)w′G, Это не может быть правдой из нашего предположения о и . Итак, утверждение два доказано.
G(V,E)w
Теперь докажем теорему.
Поскольку и , существует путь , с , и . Построим новую -распределительную функцию из так, чтобы
Vr=VVs≠∅u0=u,u1,u2,⋯,um,um+1=vm≥0m(u)>km(v)≤k−2d({ui,ui+1},ui)>0wr(m)m
r(m)(e,u)=⎧⎩⎨m({ui,ui+1},ui)−1m({ui,ui+1},ui+1)+1m(e,u) if (e,u)=({ui,ui+1},ui) for some 0≤i≤m if (e,u)=({ui,ui+1},ui+1) for some 0≤i≤m otherwise
m и согласованы по всем вершинам, кроме и , и . Мы можем применить эту процедуру к чтобы получить . Повторяя это время для некоторого достаточно большого , мы получим функцию распределения с . Тем не менее, мы предположили , что является минимальным среди из -distributing функцииr(m)vum(v)<r(m)(v)≤k−1r(m)(u)<m(u)r(m)r2(m)iiwri(m)Fk(ri(m))=0Fk(m)>0F(d)wd, Это противоречие показывает, что мы доказали теорему Эрла-Апаса.