Given a graph $G=(V,E)$, for a vertex set $S\subseteq V$, let $N(S)$ denote the set of vertices in $V$ that have a neighbor in $S$. In this paper, we prove the following Hall-type statement. Let $k \ge 2$ be an integer. Let $X$ be a vertex set in the undirected graph $G$ such that for each subset $S$ of $X$ it holds $|N(S)|\ge \frac1k {|S|}$. Then $G$ has a matching of size at least $\frac{|X|}{k+1}$. Using this statement, we derive tight bounds for the estimators of the matching size in planar graphs. These estimators are used in designing sublinear space algorithms for approximating the maching size in the data stream model of computation. In particular, we show the number of locally superior vertices, introduced in \cite{Jowhari23}, is a $3$ factor approximation of the matching size in planar graphs. The previous analysis proved a $3.5$ approximation factor. In another consequence, we show a simple setting of an estimator by Esfandiari \etal \cite{EHLMO15} achieves $3$ factor approximation of the matching size in planar graphs. Namely, let $s$ be the number of edges with both endpoints having degree at most $2$ and let $h$ be the number of vertices with degree at least $3$. We show when the graph is planar, the size of matching is at least $\frac{s+h}3$. This result generalizes a known fact that every planar graph on $n$ vertices with minimum degree $3$ has a matching of size at least $\frac{n}3$.
翻译:平面图中具有算法影响的Hall定理
翻译后的摘要:
给定一个图 $G=(V,E)$,对于一个顶点集 $S\subseteq V$,令 $N(S)$ 表示在 $S$ 中的一个顶点的邻居集合。在本文中,我们证明了下面这个类似于Hall定理的语句。设 $k\geq 2$ 是一个整数。令 $X$ 是无向图 $G$ 中的一个顶点集,使得对于 $X$ 的每个子集 $S$,都有 $|N(S)|\geq \frac1k {|S|}$。那么 $G$ 具有一个大小至少为 $\frac{|X|}{k+1}$ 的匹配。利用这个语句,我们为平面图中匹配大小的估计导出了紧密的界限。这些估计器被用于设计在计算模型的数据流中用于近似匹配大小的亚线性空间算法。特别地,我们展示了在 \cite{Jowhari23} 中引入的局部优越顶点的数量在平面图中是匹配大小的 $3$ 倍近似。以前的分析证明了一个 $3.5$ 近似因子。在另一个推论中,我们展示了Esfindiari等人在 \cite{EHLMO15} 中提出的一种估计器的简单设置在平面图中实现了匹配大小的 $3$ 倍近似。即,设 $s$ 是有两个度数不超过2的端点的边的数量,$h$ 是度数至少为 $3$ 的顶点的数量。我们展示当图是平面的时候,匹配的大小至少为 $\frac{s+h}{3}$。这个结果推广了一个已知的事实,即每个最小度数为 $3$ 的 $n$ 个顶点的平面图至少有一个大小为 $\frac{n}{3}$ 的匹配。