aufgabe 2
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\newcommand{\OPT}{\mathrm{OPT}}
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\section{Paarungen (Matchings) in Bäumen}
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\section{LP-Runden}
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\begin{tasks}
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\item
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\label{1a}
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Ein Baum ist ein kreisfreier, zusammenhängender Graph. Ein Baum besitzt ein
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perfektes Matching genau dann, wenn die Anzahl der Knoten gerade ist und
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jedes Blatt keine Geschwisterknoten hat.
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Die Anzahl der Knoten muss gerade sein, da in einem perfekten Match\-ing jeder
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Knoten mit einem anderen gematcht wird.
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Jedes Blatt muss Einzelblatt sein, da der Elternknoten nur mit einem Blatt
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gematcht werden kann.
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Also ist ein perfektes Matching im Baum eindeutig, da jedes Blatt mit seinem
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Elternknoten gematcht werden muss. Diese Kante $uv$ ist sicher im Matching enthalten und alle zu $u$ oder $v$ inzidenten Kanten können aus dem Baum gelöscht werden. So entsteht ein neues Blatt, für das
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die selbe Regel gilt.
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\points{3}
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\item
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Der \autoref{alg:treematching} berechnet ein größtes Matching.
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Der Algorithmus ist korrekt, da der Baum $T$ entweder ein perfektes Matching
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enthält und somit ein perfektes Matching berechnet (Siehe \autoref{1a}),
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oder I dont fucking know.
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Die Laufzeit für \algt{Initialize} liegt in $\Oh(V)$, da sich der Baum in linearer Zeit augmentieren lässt und es $\abs{V} - 1$ viele Kanten gibt.
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Die Laufzeit für \algt{MatchaTeeRec} liegt in $\Oh(V)$. Der Algorithmus wird genau
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einmal für jeden Knoten aufgerufen. Wenn eine Kante zum
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Match\-ing hinzugefügt wird, werden die Knoten und Kanten aus dem Baum gelöscht
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die nicht mehr zum Matching hinzugefügt werden können und somit
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nicht mehr bearbeitet werden.
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Also liegt auch \algt{MatchaTee} in $\Oh(V)$.
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\begin{algorithm}
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\centering
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\caption{Größtes Matching in Bäumen}
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\label{alg:treematching}
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\begin{algorithmic}
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\alg{MatchaTee}{$T = \tup{V, E}$} \+ \\
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\com{Den ungerichten Baum zu einem gerichteten Baum mit $parent$ und} \\
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\com{$children$ pro Knoten und einer Wurzel $root$ augmentieren.} \\
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\alg{Initialize}{$T$} \\
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return \alg{MatchaTeeRec}{$T$, $T.root$} \- \\
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\\
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\alg{MatchaTeeRec}{$T$, $r$} \+ \\
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\com{Rekursiv für die Kinder aufrufen} \\
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$m \gets \emptyset$ \\
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foreach $v \in r.children$ do \+ \\
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$m \gets m \cup \text{\alg{MatchaTeeRec}{T, v}}$ \- \\
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\com{Wenn Knoten Blatt ist, dann die Kante zum Elternknoten hinzufügen.} \\
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if $r \neq nil$ and $deg(r) = 1$ then \+ \\
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\com{Die Knoten und inzidente Kanten aus dem Baum entfernen.} \\
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$T \gets T \setminus \set{r.parent, r.parent.children}$ \\
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$m \gets m \cup \set{\set{r, r.parent}}$ \- \\
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return $m$
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\end{algorithmic}
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\end{algorithm}
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\points{5}
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\item
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Wenn eine Kante $rv$ zu einem Matching hinzugefügt wird, kann keine zu $v$
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inzidente Kante hinzugefügt werden. Das müssen wir auch bei unserem dynamischen
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Programm beachten.
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\[
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\OPT(r) = \max_{v \in r.children}
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\begin{cases}
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rv + \sum_{i \in v.children} \OPT(i) + \sum_{j \in r.children \setminus v} \OPT(j) \\
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\sum_{k \in r.children} \OPT(k)
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\end{cases}
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\]
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Der Algorithmus hält sich an die Eigenschaften eines Matchings, also ist
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er korrekt.
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Der Algorithmus probiert alle Kindknoten von $r$ aus. Geht man mit $r$ im Baum von
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unten nach oben sind das also höchstens so viele Iterationen wie, Knoten im Baum
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existieren (ohne die Blätter). Also läuft das Dynamische Programm in $\Oh(V)$.
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\points{5}
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\item
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\item
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\item
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\end{tasks}
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