Алгоритмы на графах
Базовые определения
Базовые определения
Базовые определения
Базовые определения
Базовые определения
Теорема
Базовые определения
Базовые определения
Теорема
Способы представления графов
Способы представления графов
Способы представления графов
Способы представления графов
Рекомендуемая литература
1.22M
Category: mathematicsmathematics

Алгоритмы на графах

1. Алгоритмы на графах

Базовые определения.
Несколько простых, но важных теорем.
Способы представления в памяти.

2. Базовые определения

Рассматривают графы двух видов –
ориентированные и неориентированные
Ориентированный граф – это пара G(V,E),
где V – произвольное непустое множество
вершин, E – множество дуг, т.е.
упорядоченных пар вершин (E V V).
Неориентированный граф определяется
аналогично, но E – множество
неупорядоченных пар вершин. Элементы E
называются рёбрами.
2

3. Базовые определения

Особые случаи дуг/рёбер: петля,
кратные дуги/рёбра.
Петлёй называется дуга (для
неориентированного графа - ребро),
соединяющая вершину с ней же.
Например:
3

4. Базовые определения

Две дуги (ребра) называются кратными,
если начальные вершины этих дуг
совпадают, и конечные – тоже
совпадают.
Например:
Допустимость петель и кратных дуг
обычно оговаривается отдельно.
4

5. Базовые определения

Рассмотрим дугу (ребро) e=(u,v).
Говорят, что дуга e инцидентна
вершинам u и v.
Аналогично, вершина u и вершина v
инцидентны дуге e.
Вершины u и v называются смежными.
Дуги (рёбра), имеющие общую
вершину, также называются смежными.
5

6. Базовые определения

Степень вершины – это количество дуг
(рёбер), которым инцидентна данная
вершина.
Степень вершины v обозначается
deg(v).
Для ориентированных графов
выделяют также полустепень исхода
deg-(v) и полустепень захода deg+(v).
6

7. Теорема

Теорема 1. Для любого неориентированного
графа сумма deg(v) по всем v V равна 2|V|.
Следствие. На любом графе количество
вершин нечетной степени четно.
Аналог теоремы 1 для орграфов:
Теорема 2. Для любого орграфа сумма
степеней захода равна сумме степеней
исхода. И эти суммы равны количеству
вершин графа.
7

8. Базовые определения

Путём на ориентированном графе
называется последовательность вершин v1,
v2, …, vk, в которой для любого i вершины vi и
vi+1 соединены дугой.
Путь можно понимать и как
последовательность дуг.
Для неориентированного графа аналогичная
последовательность вершин/рёбер
называется цепью.
8

9. Базовые определения

Путь (цепь) называется простым, если в
нём все вершины (за исключением,
может быть, крайних) различны.
Контуром (циклом) называется путь
(цень), у которого начальная и конечная
вершина совпадают.
9

10. Теорема

Теорема 3. Если в графе степень
любой вершины больше или равна 2,
то в этом графе существует цикл.
Аналогичная теорема для
ориентированных графов:
Теорема 4. Если в ориентированном
графе для любой вершины v deg-(v)≥0 и
deg+(v) ≥0, то на данном орграфе
существует контур.
10

11. Способы представления графов

Матрица смежности:
для неориентированного графа
1, если (v i , v j ) E
aij
иначе
0,
для ориентированного графа –
аналогично.
11

12. Способы представления графов

Матрица инцидентности:
для неориентированного графа
1, если ребро e j инцидентно вершине vi
bij
иначе
0,
для ориентированного графа:
1, если ребро e j заходит в вершину vi
bij 1, если ребро e j исходит из вершины vi
0,
иначе
12

13. Способы представления графов

Список смежности
13

14. Способы представления графов

Модифицированный список смежности
Два массива: A и P.
В массиве A подряд записаны списки
смежных вершин для всех вершин графа, в
порядке нумерации. То есть массив A имеет
размер |E|.
В массиве P элемент p[i] равен индексу в
массиве A, начиная с которого расположен
список смежных вершин для vi.
14

15. Рекомендуемая литература

Ерусалимский Я.М. Дискретная математика:
теория, задачи, приложения. – М.:
Вузовская книга, 2006 г. : 268 с.
Кристофидес Н. Алгоритмы на графах. —
М.: Мир, 1974.
Носов В.А. «Комбинаторика и теория
графов», курс лекций.
http://intsys.msu.ru/staff/vnosov/combgraph.htm
15
English     Русский Rules