Краткий перечень основных понятий теории графов.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Теория графов как теоретическая дисциплина может рассматриваться как раздел дискретной математики, исследующий свойства конечных множеств (бесконечные графы не будут вводиться в рассмотрение) с заданными отношениями между их элементами. Как прикладная дисциплина теория графов позволяет описывать и исследовать многие физические, технические, экономические, биологические, социальные и другие системы. Например, графом, изображенным на рис. 1, в котором точки − вершины графа − города, линии, соединяющие вершины − ребра − дороги, соединяющие города, описывается так называемая транспортная задача (задача нахождения кратчайшего пути из одного города- пункта в другой).

Рис. 1.

Формальное определение графа таково. Пусть задано конечное множество V, состоящее из n элементов, называемых вершинами графа, и подмножество X декартова произведения V× V, то есть , называемое множеством дуг, тогда ориентированным графом D называется совокупность (V, X). Неориентированным графом G называется совокупность множества V и множества ребер − неупорядоченных пар элементов, каждый из которых принадлежит множеству V.

Одинаковые пары - параллельные или кратные ребра;

Кратностью ребер называют количество одинаковых пар.

Рис.2.

Например, кратность ребра {v₁, v₂} в графе, изображенном на рис. 2, равна двум, кратность ребра {v₃, v₄} − трем.

Псевдограф − граф, в котором есть петли и/или кратные ребра.

Мультиграф − псевдограф без петель.

Граф − мультиграф, в котором ни одна пара не встречается более одного раза.

Граф называется ориентированным, если пары (v, w) являются упорядоченными.

Ребра ориентированного графа называются дугами.

Итак, используемые далее обозначения:

V – множество вершин;

X – множество ребер или дуг;

v (или v_i)– вершина или номер вершины;

G, G₀ - неориентированный граф;

D, D₀ – ориентированный;

{v, w} − ребра неориентированного графа;

{v, v} – обозначение петли;

(v, w) − дуги в ориентированном графе;

v, w - вершины, x, y, z – дуги и ребра;

n(G), n(D) количество вершин графа;

m(G) - количество ребер, m(D) - количество дуг.

Примеры

1) Ориентированный граф D=(V, X), V={v₁, v₂, v₃, v₄},

X={x₁=(v₁, v₂), x₂=(v₁, v₂), x₃=(v₂, v₂), x₄=(v₂, v₃)}.

Рис. 3.

2) Неориентированный граф G=(V, X), V={v₁, v₂, v₃, v₄, v₅},

X={x₁={v₁, v₂}, x₂={v₂, v₃}, x₃={v₂, v₄}, x₄={v₃, v₄}}.

Рис. 4.

Понятия смежности, инцидентности, степени

Если x={v, w} - ребро, то v и w − концы ребра x.

Если x=(v, w) - дуга ориентированного графа, то v − начало, w – конец дуги.

Вершина v и ребро x неориентированного графа (дуга x ориентированного графа) называются инцидентными, если v является концом ребра x (началом или концом дуги x ).

Вершины v, w называются смежными, если {v, w}Î X.

Степенью вершины v графа G называется число d(v) ребер графа G, инцидентных вершине v.

Вершина графа, имеющая степень 0 называется изолированной, а степень 1 – висячей.

Полустепенью исхода (захода) вершины v ориентированного графа D называется число d⁺(v) (d^-(v)) дуг ориентированного графа D, исходящих из v (заходящих в v).

Следует заметить, что в случае ориентированного псевдографа вклад каждой петли инцидентной вершине v равен 1 как в d⁺(v), так и в d^-(v).

Маршруты и пути

Последовательность v₁x₁v₂x₂v₃...x_kv_k₊₁, (где k³ 1, v_iÎ V, i=1,..., k+1, x_iÎ X, j=1,..., k), в которой чередуются вершины и ребра (дуги) и для каждого j=1,..., k ребро (дуга) x_j имеет вид {v_j, v_j₊₁} (для ориентированного графа (v_j, v_j₊₁)), называется маршрутом, соединяющим вершины v₁ и v_k₊₁ (путем из v₁ в v_k₊₁).

Пример

В графе, изображенном на рис.4, v₁x₁v₂x₂v₃x₄v₄x₃v₂ - маршрут, v₂x₂v₃x₄v₄ – подмаршрут;

маршрут можно восстановить и по такой записи x₁x₂x₄x₃;

если кратности ребер (дуг) равны 1, можно записать и так v₁v₂v₃v₄v₂.

Цепь − незамкнутый маршрут (путь), в котором все ребра (дуги) попарно различны.

Цикл − замкнутая цепь (в неориентированном графе).

Контур − замкнутый путь (в ориентированном графе).

Простой путь (цепь) − путь (цепь, цикл, контур), в котором ни одна дуга/ребро не встречается дважды.

Простой цикл (контур) − цикл (контур), в котором все вершины попарно различны.

Гамильтонова цепь (путь, цикл, контур) − простая цепь (путь, цикл, контур), проходящая через все вершины.

Эйлерова цепь (путь, цикл, контур) − цепь (путь, цикл, контур), содержащая все ребра (дуги) графа по одному разу.

Длина маршрута (пути) − число ребер в маршруте (дуг в пути).

Утверждение 1. Для того чтобы связный псевдограф G обладал Эйлеровым циклом, необходимо и достаточно, чтобы степени всех его вершин были четными.

Утверждение 2. Для того чтобы связный псевдограф G обладал Эйлеровой цепью, необходимо и достаточно, чтобы он имел ровно 2 вершины нечетной степени.

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒