设二分图 G=⟨V1,V2,E⟩,∣V1∣≤∣V2∣,则 G 中存在 V1 到 V2 的完美匹配当且仅当对于任意的 S⊆V1,均有 ∣S∣≤∣N(S)∣,其中 N(S)=⋓vi∈SN(Vi),是 S 的邻域。
必要性显然,我们来证明充分性,对 ∣V1∣(记为 n)进行归纳:
首先当 n=1 时显然成立。
我们假设我们已经证明了 n<k 时成立,现在考虑 n=k 的情况。
- 如果存在 S⊂V1,∣S∣<n,满足 ∣S∣=∣N(S)∣,则 S 本身存完美匹配。
发现删去 S 之后并不影响Hall定理条件是否成立,于是变成了原问题的子问题,
根据归纳假设,如果存在 ∣S∣=∣N(S)∣,那么Hall定理成立。
- 如果 V1 所有子集的 ∣N(S)∣ 均大于 ∣S∣,那么我们找到一个点 u 并找到 (u,v)∈E,
删去 u∈V1,v∈V2,(u,∗),(∗,v)∈E。
这时剩下的二分图的每一个子集都依旧满足 ∣N(S)∣≥∣S∣,变成了原问题的子问题,
根据归纳假设,Hall定理在此情况下也成立。
综上,Hall定理的充分性成立。