图论课件有向图
图论课件--有向图33页PPT
41、学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间,才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话,只需要教育; 而要挑战别人所说的话,则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是:在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
图论课件--Biblioteka 向图26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一, 也是成 功的利 器之一 。没有 它,天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ,徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿.丘吉 尔。 30、我奋斗,所以我快乐。--格林斯 潘。
chap14 有向图
有向H图的应用
任务的最佳排序问题:假设有任务t1, t2, …tn需在
同一设备上串行执行,从任务ti转到任务tj所需的 设备调整时间是aij,如何排任务执行次序,使设 备调整需时间最少?
1、建图:建立有向图D, 顶点对应于要执行的任务,
vivjA(D)当且仅当aijaji。边vivj带权aij。
T的高度为3 ;
T中的蓝色结点及弧构成 T的一个以v2为根的子树.
27
有序树
定义14.3.3:若对一个树T的结点(弧)从
上至下,同一层结点(弧)从左至右规定了 一个次序,则称T为有序树。 v0 有序树的编号:
v1 v2 v3
v21
v211 v212
v22
v213
v31
28
m元(有序)树
定义14.3.4:设T是(有序)树,m 1。
3 v3
D D’
17
竞赛图
竞赛图:完全图的定向图称为竞赛图。
n阶竞赛图可用来表示n个选手之间进行
循环赛的胜负状态。
有一人全胜,其余各胜 一场: 有一人全输,其余各胜 两场:
18
竞赛图都含有向H通路
有向图D的有向H通路是指一条包含D的所有顶
点的有向通路(有向哈密尔顿通路)。 推论14.2.1:每个竞赛图都含有向H通路。 证明:设D是竞赛图, D的基础图G是完全图, 于是, (G) = |V(D)| =p , 由定理14.2.1知,D中含长为p–1的有向通路, 也就是说,该通路上包含了所有的p个顶点, 即为有向H通路。
3(a). D 中任何一条有向(u, v)-通路(u≠v)P均满足 (u)≠(v) 3(b). D 中的任何弧(u,v) v 1 的首尾不同色 2 4. 总之,基础图G的 任何两个邻接的顶 点在下均不同色, 4 即是G的正常(k+1) v2 着色。 故k≥ (G) –1
第8章_有向图
图论及其应用
5
8.1 有向图——习题
10.1.1. 一个简单图有多少个定向图? 10.1.2. 证明: = = 。 10.1.3. 设有向图D中无有向圈,则 d (v ) d (v ) v V v (a) = 0V; (b) 存在一个顶点排序v1,……,v ,使对1 i ,每条 以vi为 头的弧其尾都在{v1,……,vi-1} 中。 10.1.4. 证明:D是双向连通的 D是连通的,且D的每个块 是双向连通的。 10.1.5. D的逆图 是把D中每弧的方向都改为其反向所得的 有向图。试用逆图慨念及习题10.1.3.(a) 来证明: 若有向图D中 无有向圈,则+ = D 。 0 10.1.6. 证明:严格有向图包含长 max{ ,+}的有向路。 10.1.7. 证明:严格有向图中若max{ ,+} = k 1,则 D包含长 k+1 的有向圈。
图论及其应用
第8章 有向图
8.1 有向图
有向图(directed graph;digraph) D =(V,A) V(D) —— 顶点集。 a u v A(D) —— 弧集。 弧a = (u,v):其头为v,其尾为u; 弧a从u连到(join to)v。 有向子图(subdigraph) 有向图D的基础图(underlying graph) 对应于D的无向图G(称D为G的一个定向 (orientation)图)
8.1 有向图
易见,有向图D = (V, A)中顶点间的双向连通性是V上 的一个等价关系,它的等价类确定了V的一个划分 (V1,……,Vm), 使顶点u与v双向连通 u与v 同属某等价类Vi 。 称每个导出子图D[V1],……,D[Vm]为有向图D的一 个双向分支(dicomponent;strong component)。 当D只有一个双向分支时,称D为双向连通的。 易见,D的任二双向分支之间的弧都是同一个方向的。 例
第七章 第一讲 无向图及有向图
完全图举例
K5
3阶有向完全图
4阶竞赛图
子图(subgraph)
定义8 设G=<V,E>,G=<V ,E>为两个图(同为无 向图或同为有向图),若V V且E E,则称G 是G的子图,G为G 的母图,记作G G。 若V V或E E,则称G 为G的真子图。
若et∈E,使得et=<vi,vj>,则称vi为et的始点,vj为 et的终点,并称vi邻接到vj,vj邻接于vi。
若ek的终点为el的始点,则称ek与el相邻(adjacent)。 el ek vi vj
定义3 在无向图中,关联一对顶点的无向边如果多于1条 ,则称这些边为平行边,平行边的条数称为重数。
3
欧拉:传奇的一生
年少时,听从父亲的安排,巴塞尔大学,学习神学和希伯来语 ,结果被约翰· 伯努利欣赏,17岁获得硕士学位之后,才开始 专供数学。
为获得圣彼得堡科学院的医学部的职位空缺,欧拉在巴塞尔便 全力投入生理学的研究,并出席医学报告会。1727年,等他到 达俄罗斯时,叶卡捷琳娜一世女皇去世,他进入数学部。 1733年,欧拉回到瑞士,并结婚,一生共生育13个孩子,5个 存活。 为了赢得巴黎奖金而投身于一个天文学问题,那是几个有影响 的大数学家搞了几个月时间的,欧拉在三天之后把它解决了。 可是过分的劳累使他得了一场病,病中右眼失明了。 欧拉到底出了多少著作,直至1936年人们也没有确切的了解。 但据估计,要出版已经搜集到的欧拉著作,将需用大4开本60 4 至80卷。彼得堡学院为了整理他的著作整整花了 47年。
解: (3,3,2,1),(3,2,2,1,1) 不可以图化
(3,3,2,2)可以图化
(3,2,2,2,1)可以图化
图论的介绍ppt课件
工程项目的任务安排,如何满足限制条件,并在最短时 间内完成?
Program structure
大型软件系统,函数(模块)之间调用关系。编译器分 析调用关系图确定如何最好分配资源才能使程序更有效 率。
Graph Applications
Graph Problems and Algorithms
图论的介绍ppt课件
欧拉路径 解決哥尼斯保七桥问題
原來是一笔画问题啊!
数学家欧拉(Euler, 1707-1783) 于1736年严格的证明了上述哥尼斯堡 七桥问题无解,并且由此开创了图论的典型思维方式及论证方式
实际生活中的图论 Graph Model
电路模拟
例:Pspice、Cadence、ADS…..
哈密頓(Hamilton) 周遊世界问題
正十二面体有二十个顶点 表示世界上20个城市 各经每个城市一次 最后返回原地
投影至平面
哈密頓路径至今尚无有效方法來解決!
最短路径问題
(Shortest Path Problem)
最快的routing
最快航線
B 2
1
E
3
A
C 1
3 2F
1
3
D
3 3
G
最短路径算法Dijkstra算 法
二分图(偶图) Bipartite graphs
A graph that can be decomposed into two partite sets but not fewer is bipartite
It is a complete bipartite if its vertices can be divided into two non-empty groups, A and B. Each vertex in A is connected to B, and viceversa
图论课件有向图32页PPT
60、生活的道路一旦选定,就要勇敢地 走到底 ,决不 回头。 ——左
•
Байду номын сангаас
46、寓形宇内复几时,曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下,悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下,聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗,不见其增,日 有所长 。
•
50、环堵萧然,不蔽风日;短褐穿结 ,箪瓢 屡空, 晏如也 。
图论课件有向图
56、书不仅是生活,而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次,但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许,为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处, 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
图论讲义第8章-有向图
3
公共边的路 P 1 , Q1 ,它们的一端是 v1 ,另一端在 G1 上。给 P 1 定向为指向 v1 , Q1 定向为指向
G1 ,令 G2 = G1 ∪ P 1 ∪ Q1 ,则 G2 是强连通的。
若 G2 仍不是生成子图,则存在 v2 ∈V (G ) − V (G2 ) ,同理,存在无公共边的路 P2 , Q2 , 其 一 端 在 v2 处 , 另 一 端 在 G2 中 。 给 P2 定 向 为 指 向 v2 , Q2 定 向 为 指 向 G2 , 令
+
S′
§8.3 有向图的连通性
定义 8.3.1 设 G 是一个有向图, (1) 若 G 的底图 G 是连通图,则称 G 是弱连通的。 (2) 若对 G 的任二顶点 u, v,要么存在有向路 P(u, v),要么存在有向路 P(v, u),则称 G 是单 连通的。 (3) 若对 G 的任二顶点 u, v,既存在有向路 P(u, v),又存在有向路 P(v, u),则称 G 是强连通 的(或称双向连通的) 。 注:易见,强连通 ⇒ 单连通 ⇒ 弱连通。 例:
ν =1 时定理显然成立。
假设对顶点数少于 ν 的所有有向图 G ,结论成立。考虑顶点数为 ν 的有向图 G 。
2
任取 v ∈V (G ) , 令 G ′ = G − ({v} ∪ N + ( v )) 。由归纳假设,存在 G ′ 的一个独立集 S ′ ,对
V (G ′) − S ′ 中任何顶点,可从 S ′ 中的某顶点出发,经过长度 ≤ 2 的有向路到达它。
4
+ −
定理 8.4.2 非平凡弱连通有向图 G 是 Euler 有向图的充分必要条件是 G 可分解为有向圈的并, 即: G = 正整数。 定理 8.4.3 非平凡弱连通有向图 G 有 Euler 有向迹的充分必要条件是 G 中存在两个顶点 u 和 w 满足 d (u ) = d (u ) +1, d ( w) = d ( w) −1,而其它顶点都有 d ( v ) = d ( v ) 。 定理 8.4.4 设 G 是弱连通有向图,如果 G 中存在两个顶点 u 和 w 满足 d (u ) = d (u ) +k,
图论第2章 基本概念ppt课件
列 S=(a1,a2,…,an,…),即存在一个正整数,使
对任何正整数 n,都有an+= an。S 的一个 k 阶
子式 Si 定义为k 元组 Si = (ai, ai+1,…, ai+k1)。
具有最大的周期 使得 S1, S2, … , S 各不一样的
S 序列称为 k 阶 De Bruijn 序列。
关系 A 的关系图就是图 G 的图解。 [自环] A 中的自反性图解为环形,称为自环。 [多重边] 在表达实践问题的图解中能够出现反复的
关系定义,称为多重边。
1
2.1 图的概念
[简单图]不出现自环或多重边图解外形的图称为简单 图.
未加特别声明时,只讨论简单图。 [完全图]任何两个顶点之间都有弧相连的图称为完全
为奇数,k 1。那么 G 的边可划分成 k 条简单道 路。 ➢ [证明]〔构造法〕
25
2.5 Euler 回路
[有向图的 Euler 回路] 假设有向连通图 G=(V, A) 中存 在一条有向闭迹经过 G 的一切弧,那么称该闭迹 为 G中的一条 Euler 回路,称该图为 Euler 有向图。
[定理2-6-2] 设连通有向图 G=(V, A), 那么下述命题等 价: (1) G 是一个 Euler 有向图; (2) G 的每一个顶点的入度等于出度; (3) G 的弧集能被划分成假设干有向回路。
[闭迹]简单封锁有向道路称为闭迹。[circuit] [回路/圈]封锁有向路称为回路/圈/初级回路 。[cycle]
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2.4 道路与回路
➢ 两个顶点之间假设有道路存在那么必有路存在。 ➢ 无向图具有完全类似的定义。
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2.4 道路与回路
[定理2-2] 无向图 G=(V, E),u, v V 且 u v。假设 u, v 之间存在两条不同的路,那么 G 中存在一条回 路。
(图论)图的基本概念(课堂PPT)
图的度数的相关概念
在无向图G中, 最大度 △(G)=max{d(v)|v∈V(G)} 最小度 δ(G)=min{d(v)|v∈V(G)}
称度数为1的顶点为悬挂顶点,与它关联的边称为悬挂边。 度为偶数(奇数)的顶点称为偶度(奇度)顶点。
在有向图D中, 最大出度 △+(D)=max{d+(v)|v∈V(D)} 最小出度 δ+(D)=min{d+(v)|v∈V(D)} 最大入度 △-(D)=max{d-(v)|v∈V(D)} 最小入度 δ-(D)=min{d-(v)|v∈V(D)}
元素可以重复出现的集合称为多重集合或者多重集,某元 素重复出现的次数称为该元素的重复度。 例如 在多重集合{a,a,b,b,b,c,d}中, a,b,c,d的重复度分别为2,3,1,1。
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笛卡尔积
设A,B为任意的两个集合,称{<a,b>|a∈A∧b∈B}为A与B 的笛卡尔积,记作AXB。 笛卡尔积中的是有序对<a,b>。只有a,b相等的时候才有 (a,b)=(b,a). 也只有A=B时才有AXB=BXA。
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图的度数举例
d(v1)=4(注意,环提供2度), △=4,δ=1, v4是悬挂顶点,e7是悬挂边。
d+(a)=4,d-(a)=1 (环e1提供出度1,提供入度1),
d(a)=4+1=5。△=5,δ=3,
△+=4 (在a点达到)
δ+=0(在b点达到)
△-=3(在b点达到)
δ-=1(在a和c点达到)
例如:在图1.1中, (a)中e5与e6是平行边, (b)中e2与e3是平行边,但e6与e7不是平行边。 (a)和(b)两个图都不是简单图。
第8章 有向图
有向图 D
D 的双向分支
图论及其应用 4
8.1 有向图
− 入度(indegree)d D (v ) 。 入度 d+ 出度(outdegree) D (v ) 。 出度 记号 δ+,δ− :最小出、入度; ∆+ , ∆- :最大出、入度。 称有向图D为严格的 严格的(strict) 严格的 ⇔ 无环、且不存在两弧其端点及方向相同。
定理10.1 (Roy,1967; Gallai,1968) 有向图 包含一 有向图D包含一 定理 长为 χ - 1 的有向路。 的有向路
证明:令D’ 为D的极大 极大无有向圈、有向生成子图(注:D’ 可由空生成子 极大 图作为开始,在保持无有向圈的条件下,通过逐步加弧而得) 。令k为D’ 中最长有向路的长。今用色1,2,……,k+1对D’ 进行顶点着色如下: 将v着以色i ⇔ D’ 中以v为起点的最长有向路的长为i 1。 来证这是D的正常(k+1)-顶点着色: 先证,D’ 中任一有向(u,v)-路P的起、终点u与v一定不同色:设v被着以色 i 。则由着色法知,在 D’ 中以v为起点的一最长有向路,设为,Q的长为i - 1 。由于D’ 中无有向圈,PQ为一有向路,起点为u,长 ≥ i 。从而u上的 色j > i。 只要再证,D中任一弧(u,v)的两端一定不同色:当 (u,v)为D’ 中的弧时, 它就是D’ 中的一有向(u,v)-路,从而u与v不同色。 9 图论及其应用
10.2 有向路
当 (u,v)不是D’ 中的弧时,由D′ 之极大性知 D’ + (u,v) 包含一有向圈C。于是, C - (u,v) 是 D’ 中的有向(v,u)-路,从而u与v也不同色。 由上述知,D为(k+1)-可着色的,因此 χ ≤ k+1 ,得k ≥ χ - 1 , 故D中有长为χ - 1 的有向路。 #
有向图简介
第7章:有向图很多应用问题涉及有向图。
有向图除了有与(无向)图类似的性质之外,还有一些在图中所不具备的特殊性质。
本章除介绍有向图的基本概念外,着重介绍有向树、有向网络及其应用等问题。
§7.1有向图概述1. 基本概念定义7.1 一个有向图D 是指一个序偶><E V ,,其中V 是一个非空集合,称为D 的点集,其中的元称为D 的顶点。
E 是笛卡儿集V V ⨯的某个多重子集,称为D 的边集,其中的每一个元素均是序偶><v u ,,称为有向边,而u 称为边的始点,v 称为边的终点。
通常记>=<E V D ,,)(D V V =,)(D E E =。
从有向图的定义来看,它与上一章定义的(无向)图是相似的,最关键的区别在于有向边是有方向的,而(无向)边是无方向的。
在(无向)图中, )(v u ,和)(u v ,表示同一条边(不考虑多重边情况),但在有向图中,><v u ,和><u v ,表示的却是两个不同的边,称为对称边,虽然这两条边的端点一样。
对无向图G 的每条无向边指定一个方向,由此得到的有向图D ,称为G 的定向图。
反之,如果把一个有向图D 的每条有向边的方向去掉,由此而得到的无向图G ,称为D 的底图。
把一个有向图D 的每一条有向边反向,由此而得到的有向图称为D 的逆图,记为D ~在有向图中,两个顶点之间若有两条或两条以上的边,并且方向相同,则称为平行边,它强调了边的方向性。
有向图中的其它一些概念,像重数、圈、带圈图、无圈图、多重图、简单图、)(q p ,图、图的阶、平凡图、零图、有限图、无限图、赋权图、邻接、关联、孤立点、孤立边等等,都与(无向)图中相应概念的定义一样,这里不再重复。
在有向图中有如下的度数定义。
定义7.2 设>=<E V D ,是有向图, V v ∈,E 中以v 为起始点的有向边的个数称为v 的出度,记作)(v d +;E 忠以v 为终点的有向边的个数称为v 的入度,记作)(v d -。
图论:有向图和无向图,有环和无环
图论:有向图和⽆向图,有环和⽆环
有向⽆环图:为什么不能有环,有环会导致死循环。
检查⼀个有向图是否存在环要⽐⽆向图复杂。
(有向图为什么⽐⽆向图检查环复杂呢?)
现实中管⽹会存在环吗?管⽹是有⽅向的,理论上也是⽆环的。
arcgis有向⽆环图最短路径。
有向⽆环图和⼆叉树的关系:如何确定⽗节点和⼦节点[没有⽗节点的就是⽗节点,没有⼦节点的就是叶⼦节点] 有向⽆环图并不⼀定能转化成树【那能不能把有向⽆环图劈开成多棵树】
⼀个⽆环的有向图称做有向⽆环图(Directed Acyclic Graph)。
简称DAG 图。
DAG 图是⼀类较有向树更⼀般的特殊有向图,如图给出了有向树、DAG 图和有向图的例⼦。
虽然DAG图是更⼀般的有向图,但是依然可以使⽤树的判断公式来判断复杂度。
判断是否有环:
1. 起点编码和终点编码是否相等
从OBJECTID为1的开始遍历:下⼀个点是否与OBJECTID为1的相等。
如果相等,则回到起点,为环。
>>性质:有向⽆环图的⽣成树个数等于⼊度⾮零的节点的⼊度积。
有向⽆环图⽣成树:
(百度百科上不是说有向⽆环图不⼀定能转换成树吗?严格意义上,树的叶⼦节点只有⼀个⽗节点)
DAG(有向⽆环图)能否转化为树?:
如果说⼀个叶⼦节点有两个⽗节点,会怎么样
有向⽆环图不⼀定能只⽣成⼀棵树,但是可以⽣成多棵树。
但是这样就破坏了什么信息呢?。
《图及有向图的应用》课件
目
CONTENCT
录
• 图论简介 • 有向图简介 • 图论在计算机科学中的应用 • 有向图在计算机科学中的应用 • 图论与有向图的算法与问题 • 图论与有向图的应用案例分析
01
图论简介
图论的发展历史
古代图论萌芽
古希腊数学家欧拉研究“哥尼斯堡七桥问题”,标 志着图论的起源。
依存关系分析是自然语言处理中的一 项重要任务,利用有向图表示句子中 词语之间的依存关系。
依存关系分析可以帮助我们理解句子 的语法结构、提取关键词、进行语义 角色标注等,为机器翻译、文本摘要 、信息抽取等领域提供技术支持。
05
图论与有向图的算法与问题
图的遍历算法
深度优先搜索(DFS)
按照一定的顺序访问图中的节点,尽可能深地搜索图的分枝,直到达到目标节点。
路径规划概述
路径规划是人工智能中用于确定从起点到终点的 最佳路径的问题。路径规划算法广泛应用于机器 人、自动驾驶等领域。
Dijkstra算法
Dijkstra算法是一种用于在图中找到从起点到所有 其他节点的最短路径的算法。它使用贪心策略来 逐步构建最短路径。
A*搜索算法
A*搜索算法是一种启发式搜索算法,它使用一个 估计函数来评估节点的重要性,从而优先搜索最 有可能产生最佳结果的节点。A*搜索算法在许多 路径规划问题中表现出色。
02
有向图简介
有向图的基本概念
总结词
有向图的基本概念
详细描述
有向图是一种由节点和有向边组成的图形结构,其中每个边都有明确的起点和 终点。与无向图相比,有向图的边具有方向性,表示了元素之间的有序关系。
有向图的性质
总结词
有向图的性质
CHAP12 有向图.ppt
A = min{A | 使得D – A中不含有向回路}
即A是使D不含有向回路所需删去的最小边集。 令D=D – A,设D中最长有向通路的长度为k 。 对D进行如下点着色 :若D中以v为起点的最 长有向通路之长为i – 1,令(v)=i。这样就得到 一个 (k+1)着色。下证是G的正常(k+1)着色。
2020/4/24
离散数学
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强连通分支
强连通分支:有向图D的极大强连通子图.
该图有三个 强连通分支, 如图所示。
2020/4/24
离散数学
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§12.2 有向通路与有向回路
2020/4/24
离散数学
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有向通路不短于色数减一
定有理向1图2.2的.1 有:有向向通图路D之中长包含与长其度基至础少图为中(G的) –1 通的有路向没通有路必。然其联中,系G,为却D的与基图础的图色。数有关 .
定理12.2.3 (Moon, 1966):顶点数p 3的强连通 竞赛图D的每个顶点都包含在一条有向k回路中, 其中3 k p .
证明:设D是p 3的强连通竞赛图,设u是D中 任意一个顶点,u∈V(D)。令
S = N+(u),
T = N–(u) ={w | (w,u) ∈A(D) }。
我们先证u在D的一条有向3––回路中。
离散数学
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根树
定义12.3.2:设T是一个有向树,如果T中恰有 一个顶点的入度为0,其它顶点的入度均为1, 则称T为根树。根树T中入度为0的顶点称为T的 根,记为vr或v0;根树中出度为0的顶点称树是一种特殊的有向树,并非所有的 有向树都是根树。《图论》中“树”的概念要 比《数据结构》中的“树”的概念广泛的多。 《数据结构》中的“树”仅仅是这里的根树。
关于图的基本概念无向图及有向图课件
握手定理(图论基本定理)
定理7.1 设图G=<V,E>为无向图或有向图,
V = {v1, v2,…, vn},,|E|=m,则
n
d vi 2m
i 1
说明 任何无向图中,各顶点度数之和等于边数的
两倍。
证明 G中每条边(包括环)均有两个端点,所以在 计算G中各顶点度数之和时,每条边均提供2度,当然 ,m条边,共提供2m度。
→/wiki/File:K
图论的起源
欧拉最后给出任意一种河──桥图能否全 部走一次的判定法则。如果通奇数座桥的 地方不止两个,那么满足要求的路线便不 存在了。如果只有两个地方通奇数座桥, 则可从其中任何一地出发找到所要求的路 线。若没有一个地方通奇数座桥,则从任 何一地出发,所求的路线都能实现,他还 说明了怎样快速找到所要求的路线。
第7章 图的概念
本章学习: 1. 无向图及有向图 2. 通路、回路、图的连通性 3. 图的矩阵表示 4. 最短路径及关键路径
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今日内容
无向图及有向图 图的一些相关概念 度 握手定理 子图相关概念 图同构
15
预备知识
有序积: A×B={ <x,y> |x∈A∧y∈B} 有序对: <x,y>≠<y,x> 无序积: A&B={ (x,y) |x∈A∧y∈B} 无序对: (x,y)=(y,x) 多重集: {a,a,a,b,b,c}≠{a,b,c} 重复度: a的重复度为3, b的为2, c的为1
关联与关联次数、环、孤立点
设D=<V,E>为有向图,ek=<vi,vj>∈E, 称vi,vj为ek的端点。
若vi=vj,则称ek为D中的环。 无论在无向图中还是在有向图中,无边关
图论课件-有向图
例3 求下图D的强连通分支、单向连通分支。
2
3
4
5
1
9
8
7
6
D
14
1
0.5 n 0
0.5
1 2 1.5 t1
0.5
00
1 0.8
0.6 0.4 x 0.2
(1) D的强连通分支
2
3
4
5
{1} {2, 3, 9, 8, 4, 7} {5} {6}
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D
上面点集导出的子图是 D的强 连通分支。
2
证明:“必要性”
设V(D)={v1,v2,…,vn}。由于D是强连通图,所以,对任 意两点vi与vj, 都存在(vi, vj)路,同时也存在(vj ,vi)路。所以 存在如下闭途径:v1→v2→…→vn→v1。这是一条包含D的 所有顶点的回路。
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(2) 在L中取v7, U中取点v6 , 作边<v7, v6>。令l (v6)=l (v7)+1=3, L ={v1,v7,v6}, U={v2,v3,…,v5}, A={ <v1, v7>, <v7, v6> }
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对 v V (D) ,有
d (v) d (v) 1
chap14有向图讲述
独立集相距其它点不超过二
证明:由归纳假设,在 D = D – ({v} ∪N+(v)) 中,存在一个独立集S,使 得对D 结论成立。 若v∈N+(u),u∈S, 则对N+(v)中的任何点w,从 u出发,经长度为2的有向通 路可到达w。于是,只要令 S= S,即可使结论成立。
向图D不记弧的方向所得的图。
无向图的定向图:对应于无向图的有向图,即给
无向图G的每条边规定一个方向所得的图。
2018/10/11 离散数学 5
有向图中的弧(边)
弧的头和尾:如果是有向图
D的一条弧,且() =uv , 则 u 称u是的尾,v是的头。
环:有向图中头尾相同的弧。 多重弧:两条或两条以上的
v0
C
vi
v
2018/10/11
离散数学
24
强连通竞赛图的回路性质
证明:⑴若v与C的某条边的头尾形成同向通
路,则u在有向(n+1)––回路中。 ⑵若V(D)–V(C)中仅含顶点v,即n=p–1, 则由D的强连通性可知 v使⑴成立。 从而uv 在有 ∵ D 强连通,∴ C必含vi有出边到 向 (n+1) ––回路中。 v到v v v。若 ⑶若 V(D) – V(C) 中含多个顶点且不存在顶 i+1是 i+1的入边,则⑴ ? 成立。若 vi+1也是出边到vD ,则考 点v能使⑴成立。于是令 –V(C)为D,令: vi-1 vi 察vi+2 。依次考察下去,注意到 S= {x | x∈D, (v, x)∈A(D), C v∈V(C)} vi-2 , vi+1 是回路,必有顶点 vi和 v 使⑴成 i+1 T= {y | y∈D, (y, v) ∈ A(D), v∈V(C)}。 C 立。否则与D的强连通性矛盾。
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2、强连通定向算法
该算法采用顶点标号方法给边标上方向。设G=(V, E)是2 边连通图。
(1) 在G中任取顶点w, 令l (w)=1, L={w},U=V-{w},A=Φ;
(2) 在L中求点v, 使得l (v)最大且满足在U中存在其邻点u。然 后作有向边<v, u>。令l (u)=l (v)+1 , L = L∪{u},U=U-{u} 且A=A∪{ <v, u> };
证明:“必要性”
设V(D)={v1,v2,…,vn}。由于D是强连通图,所以,对任 意两点vi与vj, 都存在(vi, vj)路,同时也存在(vj ,vi)路。所以 存在如下闭途径:v1→v2→…→vn→v1。这是一条包含D的 所有顶点的回路。
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(2) 在L中取v4, U中取点v2 , 作边<v4, v2>。令l (v2)=l (v4)+1=5,
L ={v1,v7,v6,v5,v2}, U={v3, v4}, A={ <v1, v7>, <v7, v6> , <v6, v5> , <v4, v2> }
v1(1)
v2
v3
v1(1)
v2
v3
v5
v5(4)
v7(2)
V6(3)
v4
v7(2)
V6(3)
v4
G
G
(2) 在L中取v6, U中取点v5 , 作边<v6, v5>。令l (v5)=l (v6)+1=4,
L ={v1,v7,v6,v5}, U={v2,v3, v4}, A={ <v1, v7>, <v7, v6> , <v6, v5> }
v6 G
v3 v4
解: (1) 取点v1, 令l (v1)=1, L={v1}, U={v2,v3,…,v7},A=Φ; (2) 在U中取点v7 , 作边<v1, v7>。令l (v7)=l (v1)+1=2, L ={v1,v7}, U={v2,v3,…,v6}, A={ <v1, v7> }
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“充分性”
不失一般性,设C= v1→v2→…→vn→v1是包含D的所有顶 点的一条回路。对于D的任意两点vi与vj(i<j) ,一方面,由C 可得到vi到vj的途径vi →vi+1 →… →vj。另一方面,由C又可 得到vj到vi的途径vj →vj+1 →…vi-1 →vi。所以D中任意两点是 强连通的,即D是强连通图。
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本次课主要内容 有向图
(一)、有向图的概念与性质 (二)、有向图的连通性 (三)、图的定向问题 (四)、有向路与有向圈
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(一)、有向图的概念与性质
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对 v V (D) ,有
d (v) d (v) 1
2、性质
定理1 设D=(V, E)是有向图,则:
d (v) d (v) m(D)
vV (D)
vV (D)
证明:由出度与入度的定义立即可得上面等式。
上面两个问题都已经得到解决。
1、存在性问题 定理3( 罗宾斯,1939) 非平凡连通图G具有强连通定向当 且仅当G是2边连通的。 罗宾斯(1915---2001), 美国拓扑学家,数理统计学家。
2、强连通定向算法
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3) 若D的中任意两点是双向连通的,称D是强连通图;
D1
D2
D3
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在上面三图中,D1是强连通的,D2是单向连通的,而D3 仅为弱连通图。
关于强连通图,我们有如下结论: 定理1: 有向图D=(V,E)是强连通的,当且仅当D中存在 包含D中所有顶点的回路。
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但是,对于单向连通分支来说,D的某个顶点,可能会分 属于D的若干个单向连通分支。原因是单向连通关系不是等 价关系。
(三)、图的定向问题
图的定向问题是有向图中的一个典型问题之一,具有广 泛的应用背景。
城市交通网设计问题: 一座城市为某种需要,要把所有街 道改为单行道,使得人们在任意两个位置都可以相互到达。 如何设计单行道方向?
3、有向图的矩阵表示
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定义6 设D=(V,E)是有向图,其中V={v1,v2,…,vn}
E={e1,e2,…,em}
(1) 称A(D)=(aij) n×n是D的邻接矩阵,其中aij是vi为始点, vj为终点的边的条数,1≦i≦n,1≦j≦n。
v1(1) v2(5)
v3
v1(1) v2(5)
v3(6)
v5(4)
v5(4)
v7(2)
V6(3)
v4
G
v7(2)
V6(3)
v4
G
(2) 在L中取v2, U中取点v3 , 作边<v2, v3>。令l (v3)=l (v2)+1=6, L ={v1,v7,v6,v5,v2,v3}, U={v4}, A={ <v1, v7>, <v7, v6> , <v6, v5> , <v4, v2>, <v2, v3> }
注:有向图可以简单地理解为“边有方向的图”。
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例如:
v1 e4
e7 e6
v2
v4
e5
e3
e1
e2
v3
有向图D
e1 v3, v2
v3与v2分别是e1 的起点与终点。 定义2 在一个有向图D中,具有相同起点和终点的边 称为平行边。两点间平行边的条数称为该两点间的重数。
点v的出度与入度之和称为点v的度,记为d(v)。
d (v4 ) 2 d (v4 ) 2 d (v4 ) 4
v1
e4 v4
e7 e6
e5
v2 e1
e2
v3
有向图D
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例1 一个简单图有多少个定向图? 答:因为每条边有2种定向方式,所以共有2 m(G)种定向。 例2 求证:G存在一个定向图D,使得对 v V (D) ,有
d (v) d (v) 1
证明:不失一般性,设G是连通图。G中奇度顶点个数必 然为偶数个,将偶数个奇数度顶点配对,然后在每一对配对 顶点间连一条边得到欧拉图G1。在G1中用Fluery算法求出G 的一欧拉环游C,然后顺次地在C上标上方向,由此得到C的 定向图C1。
在C1中,去掉添加的边后,得到G的定向图D.显然:
例2 说明下图D是强连通图。
v1
v2
v6
v3
v5
v4
D
解:v1v5v6v2v4v3v2v4v5v6v2v1是含D所有顶点的一条回路。
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定义9 设D`是有向图D=(V, E)的一个子图。如果D`是 强连通的(单向连通的、弱连通的),且D中不存在真包含D` 的子图是强连通的(单向连通的、弱连通的),则称D`是D的 一个强连通分支(单向连通分支、弱连通分支)。
(二)、有向图的连通性
1、相关概念
(1) 有向途径(闭途径)、迹(闭迹)和路(圈) 上面概念与无向图中相关概念类似。
(2) 有向图中顶点间的连通性
定义7 设D=(V, E)是有向图,u与v是D中两个顶点。
1) 若D中存在一条(u,v)路,则称u可达v,记为u→v。 规定u →u。
2) 若D中存在一条(u,v)路或(v, u)路,则称u与v是单 向连通的。
(2) 若D无环。称矩阵M=(mij)n×m是D的关联矩阵,其中
1,
vi是e
的始点,
j
mij -1,vi是边ej的终点,(1 i n,1 j m),
0, 其它.
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例1 写出下面有向图D1的邻接阵和D2的关联阵。
图论建模:街道交叉口模型为图的顶点,两点连线当且 仅当该两点是某街道的端点。
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