离散数学 图
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离散数学课件15欧拉图与哈密顿图
证明 若G是平凡图，结论显然成立。
下面设G为非平凡图，设G是m条边的n阶无 向图，
并设G的顶点集V＝{v1,v2,…,vn}。 必要性。因为G为欧拉图，所以G中存在欧 拉回路，
设C为G中任意一条欧拉回路，vi,vj∈V， v2i0,2v0/7j/都23 在C上，
定理15.1的证明
充分性。由于G为非平凡的连通图可知，G中边数 m≥1。
2020/7/23
半欧拉图的判定定理
定理15.2 无向图G是半欧拉图当且仅当G是连通的 ，且G中恰有两个奇度顶点。
证明 充分性。设G的两个奇度顶点分别为u0和v0， 对G加新边（u0,v0），得G ＝G∪(u0,v0)， 则G 是连通且无奇度顶点的图， 由定理15.1可知，G 为欧拉图， 因而存在欧拉回路C ，而C＝C -(u0,v0)为G中一 条欧拉通路， 所以G为半欧拉图。
并2行从020/7遍/C23 上G 的i中某的顶欧点拉vr回开路始C行遍i，，i＝每1遇,2,到…v,s*j，i，最就后
半欧拉图的判定定理
定理15.2 无向图G是半欧拉图当且仅当G是连通的 ，且G中恰有两个奇度顶点。
证明 必要性。设G是m条边的n阶无向图，因为G为 半欧拉图， 因而G中存在欧拉通路(但不存在欧拉回路)， 设Г＝vi0ej1vi1…vim-1ejmvim为G中一条欧拉通路， vi0≠vim。 v∈V(G)，若v不在Г的端点出现，显然d(v)为偶 数， 若v在端点出现过，则d(v)为奇数，
欧拉对物理力学、天文学、弹道学、航海学、建筑学、音 乐都有研究！有许多公式、定理、解法、函数、方程、常数等 是以欧拉名字命名的。欧拉写的数学教材在当时一直被当作标 准教程。19世纪伟大的数学家高斯曾说过“研究欧拉的著作永 远是了解数学的好方法”。欧拉还是数学符号发明者，他创设 的许多数学符号，例如π，i，e，sin，cos，tg，Σ，f (x)等等， 至今202沿0/7/2用3 。
下面设G为非平凡图，设G是m条边的n阶无 向图，
并设G的顶点集V＝{v1,v2,…,vn}。 必要性。因为G为欧拉图，所以G中存在欧 拉回路，
设C为G中任意一条欧拉回路，vi,vj∈V， v2i0,2v0/7j/都23 在C上，
定理15.1的证明
充分性。由于G为非平凡的连通图可知，G中边数 m≥1。
2020/7/23
半欧拉图的判定定理
定理15.2 无向图G是半欧拉图当且仅当G是连通的 ，且G中恰有两个奇度顶点。
证明 充分性。设G的两个奇度顶点分别为u0和v0， 对G加新边（u0,v0），得G ＝G∪(u0,v0)， 则G 是连通且无奇度顶点的图， 由定理15.1可知，G 为欧拉图， 因而存在欧拉回路C ，而C＝C -(u0,v0)为G中一 条欧拉通路， 所以G为半欧拉图。
并2行从020/7遍/C23 上G 的i中某的顶欧点拉vr回开路始C行遍i，，i＝每1遇,2,到…v,s*j，i，最就后
半欧拉图的判定定理
定理15.2 无向图G是半欧拉图当且仅当G是连通的 ，且G中恰有两个奇度顶点。
证明 必要性。设G是m条边的n阶无向图，因为G为 半欧拉图， 因而G中存在欧拉通路(但不存在欧拉回路)， 设Г＝vi0ej1vi1…vim-1ejmvim为G中一条欧拉通路， vi0≠vim。 v∈V(G)，若v不在Г的端点出现，显然d(v)为偶 数， 若v在端点出现过，则d(v)为奇数，
欧拉对物理力学、天文学、弹道学、航海学、建筑学、音 乐都有研究！有许多公式、定理、解法、函数、方程、常数等 是以欧拉名字命名的。欧拉写的数学教材在当时一直被当作标 准教程。19世纪伟大的数学家高斯曾说过“研究欧拉的著作永 远是了解数学的好方法”。欧拉还是数学符号发明者，他创设 的许多数学符号，例如π，i，e，sin，cos，tg，Σ，f (x)等等， 至今202沿0/7/2用3 。
离散数学图的基本概论
简单通路： = v0 e1 v1 e2… ek vk为通路且边e1 e2… ek 互不相同，又称之为迹，可简用v0 v1 … vk 来表示。 简单回路 (v0 = vk)又称为闭迹。
初级通路或基本通路： = v0 e1 v1 e2… ek vk为通路 且顶点v0 v1… vk 互不相同。 基本回路： v0 = vk。 初级通路一定是简单通路，但简单通路
不一定是一条初级通路。
例8.6 就下面两图列举长度为5的通路，简 单通路，回路，简单回路，再列举长 度为3的基本通路和回路。
e3 v5
e7 v4
v1
e2
e1 v2
e6 e4
e5 v3
e1 v5 e8 e4
v4
v1
e3
e2 v2
e6 e5
e7 v3
(1)
(2)
解：试对照定义，自己做一做！如：
(1)中 v1e1v2e2v5e3v1e1v2e4v3 为v1到v3的通路；
021?01ijn11iiij??????mmjm从而?12im1jijvdm?????mmvvddmm??????i?????1i?niinmijij11从而有从而有1?im1jijvdm??????由mij的定义知?11jmvdm????????i???1i??n1inm1jij1通路数与回路数的矩阵算法
平行边：无向图中，关联一对结点的无向边 多于一条，平行边的条数为重数； 有向图中，关联一对顶点的无向边 多于一条，且始、终点相同。
多重图：包含平行边的图。
简单图：既不包含平行边又不包含环的图。
二、度
度：(1) 在无向图G = < V, E >中，与顶点v(vV) 关联的边的数目(每个环计算两次)，记 作：d(v)。
离散数学--第十五章 欧拉图和哈密顿图
13
实例
在上图中， (1),(2) 是哈密顿图; (3)是半哈密顿图; (4)既不是哈密顿图，也不是半哈密顿图，为什么？
14
无向哈密顿图的一个必要条件
定理15.6 设无向图G=<V,E>是哈密顿图，对于任意V1V且 V1，均有 p(GV1) |V1|
证 设C为G中一条哈密顿回路。
当V1顶点在C上均不相邻时， p(CV1)达到最大值|V1|，
求图中1所示带权图k29主要内容欧拉通路欧拉回路欧拉图半欧拉图及其判别法哈密顿通路哈密顿回路哈密顿图半哈密顿图带权图货郎担问题基本要求深刻理解欧拉图半欧拉图的定义及判别定理深刻理解哈密顿图半哈密顿图的定义
第十五章 欧拉图与哈密顿图
主要内容
➢ 欧拉图 ➢ 哈密顿图 ➢ 带权图与货郎担问题
1
15.1 欧拉图
大时，计算量惊人地大
27
例6 求图中(1) 所示带权图K4中最短哈密顿回路.
(1)
(2)
解 C1= a b c d a,
W(C1)=10
C2= a b d c a,
W(C2)=11
C3= a c b d a,
W(C3)=9
可见C3
(见图中(2))
是最短的，其权为9. 28
第十五章 习题课
主要内容 欧拉通路、欧拉回路、欧拉图、半欧拉图及其判别法 哈密顿通路、哈密顿回路、哈密顿图、半哈密顿图 带权图、货郎担问题
点.
由vi 的任意性，结论为真. 充分性 对边数m做归纳法（第二数学归纳法）. (1) m=1时，G为一个环，则G为欧拉图. (2) 设mk（k1）时结论为真，m=k+1时如下证明：
5
从以上证明不难看出：欧拉图是若干个边不重的圈之 并，见示意图3.
实例
在上图中， (1),(2) 是哈密顿图; (3)是半哈密顿图; (4)既不是哈密顿图，也不是半哈密顿图，为什么？
14
无向哈密顿图的一个必要条件
定理15.6 设无向图G=<V,E>是哈密顿图，对于任意V1V且 V1，均有 p(GV1) |V1|
证 设C为G中一条哈密顿回路。
当V1顶点在C上均不相邻时， p(CV1)达到最大值|V1|，
求图中1所示带权图k29主要内容欧拉通路欧拉回路欧拉图半欧拉图及其判别法哈密顿通路哈密顿回路哈密顿图半哈密顿图带权图货郎担问题基本要求深刻理解欧拉图半欧拉图的定义及判别定理深刻理解哈密顿图半哈密顿图的定义
第十五章 欧拉图与哈密顿图
主要内容
➢ 欧拉图 ➢ 哈密顿图 ➢ 带权图与货郎担问题
1
15.1 欧拉图
大时，计算量惊人地大
27
例6 求图中(1) 所示带权图K4中最短哈密顿回路.
(1)
(2)
解 C1= a b c d a,
W(C1)=10
C2= a b d c a,
W(C2)=11
C3= a c b d a,
W(C3)=9
可见C3
(见图中(2))
是最短的，其权为9. 28
第十五章 习题课
主要内容 欧拉通路、欧拉回路、欧拉图、半欧拉图及其判别法 哈密顿通路、哈密顿回路、哈密顿图、半哈密顿图 带权图、货郎担问题
点.
由vi 的任意性，结论为真. 充分性 对边数m做归纳法（第二数学归纳法）. (1) m=1时，G为一个环，则G为欧拉图. (2) 设mk（k1）时结论为真，m=k+1时如下证明：
5
从以上证明不难看出：欧拉图是若干个边不重的圈之 并，见示意图3.
《离散数学》图论 (上)
12
无向图与有向图
v2
e1
e2
e3
v3
e4
v1
e5 (e1)={( v42, v24 )}
v4
(e2)={( v32, v23 )} (e3)={( v3, v4 )}
(e4)=({ v43, v34 )}
(e5)=({ v4,}v4 )
13
无向图与有向图
A B C
D E F
14
无向图与有向图
第八章 图论
第八章 图论
§8.1 基本概念
§8.1.1 无向图、有向图和握手定理 §8.1.2 图的同构与子图 §8.1.3 道路、回路与连通性 §8.1.4 图的矩阵表示
§8.2 欧拉图 §8.3 哈密尔顿图 §8.4 平面图 §8.5 顶点支配、独立与覆盖
2
无向图与有向图
3
无向图与有向图
一个无向图（undirected graph, 或graph） G 指一个三元组 (V, E, )，其中
vV
vV
24
特殊的图
假设 G=(V, E, ) 为无向图，若 G 中所有 顶点都是孤立顶点，则称 G 为零图（null graph）或离散图（discrete graph）；若 |V|=n，|E|=0，则称 G 为 n 阶零图 所有顶点的度数均相等的无向图称为正 则图（regular graph），所有顶点的度数 均为 k 的正则图称为k度正则图，也记作 k-正则图 注：零图是零度正则图
19
握手定理
定理（图论基本定理/握手定理）
假设 G=(V, E, ) 为无向图，则deg(v) 2 E ， vV
即所有顶点度数之和等于边数的两倍。
推论
在任何无向图中，奇数度的顶点数必是偶 数。
无向图与有向图
v2
e1
e2
e3
v3
e4
v1
e5 (e1)={( v42, v24 )}
v4
(e2)={( v32, v23 )} (e3)={( v3, v4 )}
(e4)=({ v43, v34 )}
(e5)=({ v4,}v4 )
13
无向图与有向图
A B C
D E F
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无向图与有向图
第八章 图论
第八章 图论
§8.1 基本概念
§8.1.1 无向图、有向图和握手定理 §8.1.2 图的同构与子图 §8.1.3 道路、回路与连通性 §8.1.4 图的矩阵表示
§8.2 欧拉图 §8.3 哈密尔顿图 §8.4 平面图 §8.5 顶点支配、独立与覆盖
2
无向图与有向图
3
无向图与有向图
一个无向图（undirected graph, 或graph） G 指一个三元组 (V, E, )，其中
vV
vV
24
特殊的图
假设 G=(V, E, ) 为无向图，若 G 中所有 顶点都是孤立顶点，则称 G 为零图（null graph）或离散图（discrete graph）；若 |V|=n，|E|=0，则称 G 为 n 阶零图 所有顶点的度数均相等的无向图称为正 则图（regular graph），所有顶点的度数 均为 k 的正则图称为k度正则图，也记作 k-正则图 注：零图是零度正则图
19
握手定理
定理（图论基本定理/握手定理）
假设 G=(V, E, ) 为无向图，则deg(v) 2 E ， vV
即所有顶点度数之和等于边数的两倍。
推论
在任何无向图中，奇数度的顶点数必是偶 数。
离散数学欧拉图
欧拉图的判断方法
在计算机科学中，欧拉图还可用于描述有向图（Directed Graph） 的路径问题，例如，欧拉路径（Euler Path）和欧拉回路 （Eulerian Circuit） 欧拉路径是指一条路径包含图中所有的边恰好一次。而欧拉回路 是指一条闭合路径包含图中所有的边恰好一次。一个图存在欧拉 回路当且仅当该图的每条边的权值都是偶数 在复杂网络理论中，欧拉图可以用于描述网络的结构和行为，例 如社交网络、互联网、脑科学等领域的网络。在这些网络中，节 点代表个体或事件，边代表它们之间的联系或互动。通过对这些 网络进行分析，可以发现它们的结构和行为规律，从而更好地理 解和预测网络的行为 此外，欧拉图还可以用于构建和分析化学分子的结构。在化学中， 欧拉图是一种用于表示分子结构的图形，其中顶点代表原子，边 代表化学键。通过分析欧拉图，可以了解分子的结构、性质和反 应行为等信息
在这个图中，每个顶点都有偶数条边连接，并且存在一条路径（A---B---C---D---E---F--A）包含所有顶点，且每个边都只经过一次
欧拉图的性质
欧拉图的性质
欧拉图具有以下性质 欧拉图的边数一定是偶数 欧拉图一定是连通的（即所有顶点之间都有路径相连） 欧拉图中的任何两个顶点之间都有偶数条边相连 如果一个图是欧拉图：那么它的每个子图都是欧拉图
欧拉图的判断方法
对于一个连通图：如果它的所有边都可以被一个2-因子覆盖（即每个顶点都在两个2因子中出现），那么这个图是欧拉图。否则，这个图不是欧拉图 对于一个连通图：如果它可以被分解成两个子图，每个子图都包含所有的顶点并且所 有边的数量相同，那么这个图是欧拉图。否则，这个图不是欧拉图
对于一个连通图：如果它可以被分解成两个子图，每个子图的边数相同并且所有顶点 的度数相同（即每个顶点的度数都是偶数），那么这个图是欧拉图。否则，这个图不 是欧拉图。除了以上方法，还有一些复杂的方法可以判断一个图是否为欧拉图，例如 通过检查图的子图或者通过编程实现图的遍历算法。这些方法需要更深入的图论知识 和计算机科学知识，但它们可以提供更准确和高效的结果
离散数学——图论
2021/10/10
11
哥尼斯堡七桥问题
❖ 把四块陆地用点来表示，桥用点与点连线表 示。
2021/10/10
12
❖ 欧拉将问题转化为：任何一点出发，是否存在通过 每条边一次且仅一次又回到出发点的路？欧拉的结 论是不存在这样的路。显然，问题的结果并不重要， 最为重要的是欧拉解决这个问题的中间步骤，即抽 象为图的形式来分析这个问题 。
2021/10/10
2
图论的发展
❖ 图论的产生和发展经历了二百多年的历史， 从1736年到19世纪中叶是图论发展的第一阶 段。
❖ 第二阶段大体是从19世纪中叶到1936年，主 要研究一些游戏问题：迷宫问题、博弈问题、 棋盘上马的行走线路问题。
2021/10/10
3
❖ 一些图论中的著名问题如四色问题(1852年)和哈密 尔顿环游世界问题(1856年)也大量出现。同时出现 了以图为工具去解决其它领域中一些问题的成果。
❖ P（G）表示连通分支的个数。连通图的连通 分支只有一个。
2021/10/10
40
练习题---图的连通性问题
❖ 1.若图G是不连通的，则补图是连通的。 ❖ 提示：直接证法。
根据图的不连通，假设至少有两个连通分 支；任取G中两点，证明这两点是可达的。
2021/10/10
41
❖ 2.设G是有n个结点的简单图，且 |E|>(n-1)(n-2)/2，则G是连通图。
❖ 例子
2021/10/10
29
多重图与带权图
❖ 定义多重图：包含多重边的图。 ❖ 定义简单图：不包含多重边的图。 ❖ 定义有权图：具有有权边的图。 ❖ 定义无权图：无有权边的图。
2021/10/10
30
离散数学 图论-通路与回路
2、简单通路和初级通路的关系
有向图中的每一条初级通路，也都必定是简单通路。 反之不成立 回路也可分为简单回路和初级回路。
3、通路的表示：
可仅用通路中的边序列表示：e1e2…ek 也可仅用通路中所经过的结点的序列表示：v1v2v3…vk
4、性质： 1）定理 在n阶图D中，若从顶点vi到vj(vi≠vj)存在通路，则从vi到vj存在长度 小于或等于(n—1)的通路 若大于n-1，则存在相同节点（有回路），将回路删去可得 2）在n阶图D中，若从顶点vi到vj存在通路，则vi到vj一定存在长度小于或等于 n—1的初级通路(路径) 3）定理 在一个n阶图D中，若存在vi到自身的回路，则一定存在vi到自身长度 小于或等于n的回路． 4）在一个n阶图D中，若存在vi到自身的简单回路，则一定存在长度小于或等 于n的初级回路．
（3）A(D)中所有元素之和为D中长度为1的（边）通路总条数。 主对角线的元素值为图中结点vi长度为1 的环的条数
利用A(D)确定出D中长度为L的通路数和回路数,就需要用到邻接矩阵的幂次运算 （4）A2中的元素值bij是结点vi到vj长度为2 的通路条数：
说明：由矩阵的乘积定义 bij = ∑k aik * akj 由此可推断，A3矩阵中的Cij元素值，表示了从到长度恰为3的通路条数目 （5）定理14．11 设A为有向图D的邻接矩阵，V＝{v1，v2，…，vn} 为D的
注：三种图的关系：强连通图一定是单向连通图，反之不成立
单向连通图一定是弱连通图．反之不成立
6、有关强连通图与单向连通图的判定 （1）定理： 设有向图D＝<V，E>，V＝{v1，v2，…，vn}．
D是强连通图当且仅当D中存在经过每个顶点至少一次的回路． (2) 定理 设D是n阶有向图
有向图中的每一条初级通路，也都必定是简单通路。 反之不成立 回路也可分为简单回路和初级回路。
3、通路的表示：
可仅用通路中的边序列表示：e1e2…ek 也可仅用通路中所经过的结点的序列表示：v1v2v3…vk
4、性质： 1）定理 在n阶图D中，若从顶点vi到vj(vi≠vj)存在通路，则从vi到vj存在长度 小于或等于(n—1)的通路 若大于n-1，则存在相同节点（有回路），将回路删去可得 2）在n阶图D中，若从顶点vi到vj存在通路，则vi到vj一定存在长度小于或等于 n—1的初级通路(路径) 3）定理 在一个n阶图D中，若存在vi到自身的回路，则一定存在vi到自身长度 小于或等于n的回路． 4）在一个n阶图D中，若存在vi到自身的简单回路，则一定存在长度小于或等 于n的初级回路．
（3）A(D)中所有元素之和为D中长度为1的（边）通路总条数。 主对角线的元素值为图中结点vi长度为1 的环的条数
利用A(D)确定出D中长度为L的通路数和回路数,就需要用到邻接矩阵的幂次运算 （4）A2中的元素值bij是结点vi到vj长度为2 的通路条数：
说明：由矩阵的乘积定义 bij = ∑k aik * akj 由此可推断，A3矩阵中的Cij元素值，表示了从到长度恰为3的通路条数目 （5）定理14．11 设A为有向图D的邻接矩阵，V＝{v1，v2，…，vn} 为D的
注：三种图的关系：强连通图一定是单向连通图，反之不成立
单向连通图一定是弱连通图．反之不成立
6、有关强连通图与单向连通图的判定 （1）定理： 设有向图D＝<V，E>，V＝{v1，v2，…，vn}．
D是强连通图当且仅当D中存在经过每个顶点至少一次的回路． (2) 定理 设D是n阶有向图
离散数学课件图论2
❖结点(Vertices)：用 表示, 旁边标上该结点的名称。 ❖ 边(Edges)
有向边: 带箭头的弧线。 从u到v的边表示成 <u,v>
无向边:不带箭头的弧线。 u和v间的边表示成 (u,v)
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实例
1. 设 V1= {v1, v2, …,v5}, E1 = {(v1,v1), (v1,v2), (v2,v3), (v2,v3), (v2,v5), (v1,v5), (v4,v5)}
例： 给定右图所示 V/R={ {a,b,g}，{c,d,e,f}，{h} }
h
gf
e
a
bc
d
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14-3 图的连通性
［G的连通性与连通分支］ ① 若u, vV，uv，则称G是连通的 ② V/R={V1,V2,…,Vk}，称等价类构成的子图G[V1], G[V2], …,G[Vk]为G的连通分支，其个数 p(G)=k (k1)； k=1，G是连通的。
定义：设G=<V,E>为n阶无向简单图，以V为顶点集，以所 有使G成为完全图Kn的添加边组成的集合为边集的图， 称为G的补图，记作 G 。
若G G , 则称G是自补图。 相对于K4, 求上面图中所有图的补图，并指出哪些是自补图. 问：互为自补图的两个图的边数有何关系？
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14-1 图
6. 邻域与关联集 ① vV(G) (G为无向图) v 的邻 N (v ) { 域 u |u V (G ) (u ,v ) E (G ) u v }
有向边: 带箭头的弧线。 从u到v的边表示成 <u,v>
无向边:不带箭头的弧线。 u和v间的边表示成 (u,v)
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实例
1. 设 V1= {v1, v2, …,v5}, E1 = {(v1,v1), (v1,v2), (v2,v3), (v2,v3), (v2,v5), (v1,v5), (v4,v5)}
例： 给定右图所示 V/R={ {a,b,g}，{c,d,e,f}，{h} }
h
gf
e
a
bc
d
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14-3 图的连通性
［G的连通性与连通分支］ ① 若u, vV，uv，则称G是连通的 ② V/R={V1,V2,…,Vk}，称等价类构成的子图G[V1], G[V2], …,G[Vk]为G的连通分支，其个数 p(G)=k (k1)； k=1，G是连通的。
定义：设G=<V,E>为n阶无向简单图，以V为顶点集，以所 有使G成为完全图Kn的添加边组成的集合为边集的图， 称为G的补图，记作 G 。
若G G , 则称G是自补图。 相对于K4, 求上面图中所有图的补图，并指出哪些是自补图. 问：互为自补图的两个图的边数有何关系？
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14-1 图
6. 邻域与关联集 ① vV(G) (G为无向图) v 的邻 N (v ) { 域 u |u V (G ) (u ,v ) E (G ) u v }
离散数学离散数学第8章 一些特殊的图 PPT课件
在23岁时，他发表了他还是一个17岁的孩子时作出的“奇怪的发 现”，…即《光线系统理论》第一部分，这是一篇伟大的杰作，它对于 光学，就象拉格朗日的《分析力学》之于力学。
哈密尔顿最深刻的悲剧既不是酒精，也不是他的婚姻，而是他顽固地
相信，四元数是解决物质宇宙的数学关键。…从来没有一个伟大的数学
家这样毫无希望地错误过。
2
1
3
4
(2) 有限面与无限面：面积有限的区域称为有 限面(或内部面)，否则为无限面(或外部面) 。 上图中，面4是无限面。
7/1/2020 9:05 PM
第四部分：图论（授课教师：向胜军）
24
(3) 面的次数等于面边界的边数(注意：悬挂边算2 次)，记为deg(R).
(4) 平面图中面的次数之和等于边数m的两倍，即
d(u)+d(v)≥n-1 则G是半哈密尔顿图。
注意:
此定理条件显然不是必要条件，如n≥6的n边形，对于 任意不相邻的顶点u, v, d(u)+d(v)=4，4<n-1，而n边形显 然有哈密尔顿通路。
7/1/2020 9:05 PM
第四部分：图论（授课教师：向胜军）
18
哈密尔顿图的充分条件
❖ 设G是n(n≥3)阶无向简单图，若G中 任意不相邻的顶点对u,v均满足： d(u)+d(v)≥n 则G是哈密尔顿图。
a
bc
d
e
f g
h
i j
k
l
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7/1/2020 9:05 PM
离散数学(Ch15平面图及色数)
定理15.4 设G为任一平面图, 则(G)≤5. (五色定理)
用第一数学归纳法对G的顶点数n进行归纳: 显然, 当n≤5时, 有(G)≤5. 假设 n–1 (n≥6)时, (G)≤5成立.
显然, 平面图G中必有度数小于6的顶点u0. (因m≤3n-2) 将顶点u0从G中去掉(含u0邻接的边), 得G0=G – u0, 则G0仍是平面图且顶点数为n-1, 根据假设, 有(G0)≤5. 再从G0加入顶点u0及邻接的边, 还原为G. ⑴如果d(u0)≤4, 则与u0邻接顶点最多涂4色, 有(G)≤5成立. ⑵如果d(u0)=5, 令与u0邻接的顶点按顺时钟排为u1,u2,u3,u4,u5. 并设这5个顶点涂色为C1,C2,C3,C4,C5.
3
定义15.2 设G是一个平面图, 如果连接G的任意两个 不邻接顶点u和v, 都会使G+(u,v)变成非平 面图, 则称G为极大平面图. (边数极大)
极大平面图
K5非平面图
K3
定理15.2 设G是至少具有三个顶点的极大平面图, 则G的任何一个面都是K3.
假设G是极大平面图, 但有一个面不是K3面, 不妨设为{u1,u2,u3,u4,…,u1}, 考察: ⑴ (u1,u3)邻接, (u2,u4)邻接 两边会在圈外相交 ⑵ (u1,u3)不邻接 可加边(u1,u3), 仍是平面图 ⑶ (u2,u4)不邻接 可加边(u2,u4), 仍是平面图
6
§15.2 色数
1. 对偶图 定义15.3 设G是一个平面图, 具有k个面F1,F2,…,Fk, 其中包括无限面, 构造对偶图G*: ⑴ 在G的每个面Fi的内部取一点fi, 作为G*的顶点; ⑵ 对应于G的任意一条边e,
如果e是Fi和Fj的公共边, 则与e交叉连接fi和fj, 使(fi, fj)G* 如果e仅是Fj的悬挂边或桥, 则连一个自环, 使(fj, fj)G*
离散数学及其应用课件：特殊图
特殊图
图6-7 基于用户的协同过滤
特殊图
基于物品的协同过滤算法与基于用户的协同过滤算法类 似,只是将商品和用户互换。通过计算不同用户对不同物品 的评分获得物品间的关系,基于物品间的关系对用户进行相 似物品的推荐。举个例子:若用户A 购买了商品a 和b,那么说 明a 和b 的相关度较高。当用户B 也购买了商品a,就可以推 断用户 B 也有购买商品b 的需求。该算法可描述如图 6-8所示。
特殊图
图6-6-题设对应的二部图
特殊图
基于用户的协同过滤算法是通过用户的历史行为(如商 品购买、收藏、内容评价或分享)数据发现用户对商品或内 容的喜欢程度,并对这些喜好进行度量和打分,然后根据不同 用户对相同商品或内容的偏好程度计算用户之间的关系,在 有相同喜好的用户之间进行商品推荐。比如:若A,B 两个用户 都购买了x,y,z 三本图书,并且给出了5星好评,那么A,B 属于同 一类用户,可以将A 看过的书w 推荐给用户B,也可以将B 买过 的商品β推荐给用户A。该算法可描述如图6-7所示。
特殊图
特殊图
解 表6-1中的关系可以用一个二部图G=<V1,V2,E>表示, 如图6-6所示,其中V1={A1,A2,A3,A4,A5}表示5名应届毕业 生,V2={C1,C2,C3,C4,C5}表示五座西部城市。因为A1、A2、A3、 A4、A5 关联的边数分别为2、2、2、3、3,所以每个顶点至少 关联t=2条边,而C2、C3 关联了4条边,4>2,所以不满足t条件,于 是找不到合适的匹配,使得每个人都能去到自己想去的城市。
特殊图 例6.6-考虑图6-16,判断它们是否是欧拉图或半欧拉图,为
什么?
图6-16-有向图的欧拉图判定
特殊图
离散数学第10章 图的概念与表示_OK
2021/6/28
31
• 定义10.2.5 若图G只有一个连通分图，则称G是连通图；否则，称图G为 非连通图或分离图。
• 在图的研究中，常常需要考虑删去与增加结点、结点集、边和边集（或 弧集）的问题。所谓从图G=<V,E>中删去结点集S，是指作V-S以及从E 中 删 去 与 S 中 的 全 部 结 点 相 联 结 的 边 而 得 到 的 子 图 ， 记 作 G-S ； 特 别 当 S=|v|时，简记为G-v；所谓从图G=<V,E>中删去边集（或弧集）T，是 指作E-T，且T中的全部边所关联的结点仍在V中而得到的子图，记为G-T； 特别当T={e}时，简记作G-e。
• 显然，G与
互为补图。
2021/6/28
18
• 在图的定义中，强调的是结点集、边集以及边与结点的关联关系，既没 有涉及到联结两个结点的边的长度、形状和位置，也没有给出结点的位 置或者规定任何次序。因此，对于给定的两个图，在它们的图形表示中， 即在用小圆圈表示结点和用直线或曲线表示联结两个结点的边的图解中， 看起来很不一样，但实际上却是表示同一个图。因而，引入两图的同构 概念便是十分必要的了。
例如图例如图1011410114中中aa与与bb202182423图图1011310113返回返回202182424返回返回图图11141114202182425102在无向图或有向图的研究中常常考虑从一个结点出发沿着一些边或弧连续移动而达到另一个指定结点这种依次由结点和边或弧组成的序列便形成了链或路的概念
2021/6/28
10
• 定义10.1.6 在有向图G=<V，E>中，对任意结点v∈V，以v为始结点的弧 的条数，称为结点v的出度，记为d+(v)；以v为终结点的弧的条条数，称 为v的入度，记作d-(v)；结点v的出度与入度之和，称为结点的度数，记 为d(v)，显然d(v)=d+(v)+d-(v)。
离散数学PPT【共34张PPT】
15
18.4 点着色
定义17.9 (1) 图G的一种点着色——给图G的每个顶点涂上一种颜色，
使相邻顶点具有不同颜色 (2) 对G进行k着色（G是k-可着色的）——能用k种颜色给G
的顶点着色 (3) G的色数(G)=k——G是k-可着色的，但不是(k1)-可着色
的.
16
关于顶点着色的几个简单结果
定理17.19 (G)=1当且仅当G为零图 定理17.20 (Kn)=n 定理17.21 若G为奇圈或奇阶轮图，则(G)=3，若G为偶阶轮 图，则(G)=4. 定理17.22 若G的边集非空，则(G)=2当且仅当G为二部图.
路径 (7) M的交错圈——由M与EM中的边交替出现构成的G中圈
上图中，只有第一个图存在完美匹配
8
可增广路径及交错圈
(1)
(2)
(3)
设红色边在匹配M中，绿色边不在M中，则图(1)中的两条路 径均为可增广的交错路径；(2)中的全不是可增广的交错路 径；(3)中是一个交错圈. 不难看出，可增广交错路径中，不在M中的边比在M中的边 多一条. 交错圈一定为偶圈.
立集 (3) 最大点独立集——元素最多的点独立集 (4) 点独立数——最大点独立集中的元素个数，记为0
(1)
(2)
在图中，点独立数依次为2, 2, 3.
(3)
2
极大独立集与极小支配集
定理18.1 设G=<V,E>中无孤立点，则G的极大点独立集都是 极小支配集. 证明线索： (1) 设V*为G的极大点独立集，证明它也是支配集.
定理17.28 偶圈边色数为2，奇圈边色数为3. 定理17.29 (Wn) = n1, n4. 定理17.30 二部图的边色数等于最大度. 定理17.31 n为奇数（n1）时，(Kn)=n；
18.4 点着色
定义17.9 (1) 图G的一种点着色——给图G的每个顶点涂上一种颜色，
使相邻顶点具有不同颜色 (2) 对G进行k着色（G是k-可着色的）——能用k种颜色给G
的顶点着色 (3) G的色数(G)=k——G是k-可着色的，但不是(k1)-可着色
的.
16
关于顶点着色的几个简单结果
定理17.19 (G)=1当且仅当G为零图 定理17.20 (Kn)=n 定理17.21 若G为奇圈或奇阶轮图，则(G)=3，若G为偶阶轮 图，则(G)=4. 定理17.22 若G的边集非空，则(G)=2当且仅当G为二部图.
路径 (7) M的交错圈——由M与EM中的边交替出现构成的G中圈
上图中，只有第一个图存在完美匹配
8
可增广路径及交错圈
(1)
(2)
(3)
设红色边在匹配M中，绿色边不在M中，则图(1)中的两条路 径均为可增广的交错路径；(2)中的全不是可增广的交错路 径；(3)中是一个交错圈. 不难看出，可增广交错路径中，不在M中的边比在M中的边 多一条. 交错圈一定为偶圈.
立集 (3) 最大点独立集——元素最多的点独立集 (4) 点独立数——最大点独立集中的元素个数，记为0
(1)
(2)
在图中，点独立数依次为2, 2, 3.
(3)
2
极大独立集与极小支配集
定理18.1 设G=<V,E>中无孤立点，则G的极大点独立集都是 极小支配集. 证明线索： (1) 设V*为G的极大点独立集，证明它也是支配集.
定理17.28 偶圈边色数为2，奇圈边色数为3. 定理17.29 (Wn) = n1, n4. 定理17.30 二部图的边色数等于最大度. 定理17.31 n为奇数（n1）时，(Kn)=n；
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陕西师范大学计算机科学学院
10.7 树及其应用 教学内容：树，树叶，分支点，生成树，
最小生成树，Kruskal算法， Prim算法，根树，有序树， 二叉树，树的遍历， 最优二叉树， Haffman算法
陕西师范大学计算机科学学院
10.9 最短路径 教学内容：最短路径，Dijks位于普雷格尔（Pregel）河的两岸，河中有
一个岛，于是城市被这条河、它的分支和岛分成了
四个部分，各部分通过7座桥彼此相通。该城的居
民喜欢在周日绕城散步。于是就产生了这样一个问
题：能不能设计一条散步的路线，使得一个人从家
里（或从四部分陆地任一块）出发，经过每座桥恰
好一次再回到家里？这就是有名的哥尼斯堡七桥问
题。
陕西师范大学计算机科学学院
哥尼斯堡七桥问题看起来并不复杂，因
此立刻吸引许多人的注意，但是实际上很难
解决。
瑞士数学家欧拉注意到了这个问题，并
在1736年写的有关“哥尼斯堡七桥问题”
的论文中解决了这个问题。这篇论文被公认
为是图论历史上的第一篇论文，欧拉也因此
被誉为图论之父。
陕西师范大学计算机科学学院
简单（回）路，基本（回）路， 连通图，连通分支，点（边）割集， 割（边），强（单向，弱）连通图， 强（单向，弱）分图
陕西师范大学计算机科学学院
10.4 欧拉图与哈密顿图 教学内容：欧拉（回）路，欧拉图，
哈密顿（回）路，哈密顿图
陕西师范大学计算机科学学院
10.6 平面图 教学内容：平面图，面，边界，欧拉公式
1936年匈牙利的数学家哥尼格写出了第 一本图论专著《有限图与无限图的理论》， 标志着图论成为一门独立学科。
陕西师范大学计算机科学学院
第三阶段是1936年以后。由于生产管 理、军事、交通运输、计算机和通讯网络等 方面的大量问题的出现，大大促进了图论的 发展。特别是计算机的大量应用，使大规模 问题的求解成为可能。
陕西师范大学计算机科学学院
另外我们常用工艺流程图来描述某项工程 中各工序之间的先后关系，用网络图来描述某 通讯系统中各通讯站之间信息传递关系，用开 关电路图来描述IC中各元件电路导线连接关系 （芯片设计）等等。
陕西师范大学计算机科学学院
任何一个包含某种二元关系的系统都可 以用图形来表示。由于我们感兴趣的是两对 象之间是否有某种特定关系，所以图形中两 点之间连接与否最重要，而连接线的曲直长 短则无关紧要。由此经数学抽象产生了图的 概念。研究图的基本概念和性质、图的理论 及其应用构成了图论的主要内容。图是计算 机中数据表示、存储和运算的基础。
离散数学
第十章 图
裘国永
2020年7月7日
本章内容及教学要点
10.1 图的基本概念 教学内容：结点（顶点），边，无向边，
有向边（弧），环（自回路）， 孤立结点，有向图，无向图， 度数，出（入）度， 欧拉握手定理
陕西师范大学计算机科学学院
10.2 路、回路与连通性 教学内容：路（通路），回路（圈），
10.1 图的基本概念
这一节的主要内容：
无（有）向边、环、孤立结点、无（有） 向图、混合图、基图、简单图、多重图、平凡 图、零图、完全图、加权图、度数、出度、入 度、欧拉握手定理。
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定义10.1.1 一个图G定义为一个有序对<V, E>，记为G=<V, E>。其中V为非空有限集， 其元素称为结点或顶点（Vertex, Node）， E也是有限集，其元素称为边（Edge）。对E 中的每条边都有V中的两个结点与之对应，其 结点对可以有序也可无序。
陕西师范大学计算机科学学院
电网络、交通网络、电路设计、数据结 构以及社会科学中的问题所涉及到的图形都 是很复杂的，需要计算机的帮助才有可能进 行分析和解决。目前图论在物理、化学、运 筹学、计算机科学、电子学、信息论、控制 论、网络理论、社会科学及经济管理等几乎 所有学科领域都有应用。
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若边e与无序结点对[u, v]对应，称e为无 向边（Undirected edge），简称边，记为 e=[u, v]，u、v称为边e的端点，也称u和v为 邻接点，边e关联u与v。关联同一结点的两条 边称为邻接边。连接一结点与它自身的边称为 环或自回路（Loop）。两条端点对应相同的 边称为平行边。
图论是以图为研究对象的一个数学分 支。图论中的图指的是一些点以及连接这 些点的线的总体。通常用点代表事物，用 连接两点的线代表事物间的关系。图论则 是研究事物对象在上述表示法中具有的特 征与性质的学科。
陕西师范大学计算机科学学院
在自然界和人类社会中，用图形来描述 和表示某些事物之间的关系既方便又直观。 例如，国家用点表示，有外交关系的国家用 线连接代表这两个国家的点，于是世界各国 之间的外交关系就被一个图形描述出来了。
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图论的产生和发展经历了二百多年的历 史，大体上可分为三个阶段：
第一阶段是从1736年到19世纪中叶。 当时的图论问题是盛行的迷宫问题和游戏问 题。最有代表性的工作是著名数学家欧拉于 1736年解决的哥尼斯堡七桥问题。
陕西师范大学计算机科学学院
东普鲁士的哥尼斯堡城（今俄罗斯的加里宁格
陕西师范大学计算机科学学院
欧拉是这样解决这个问题的：将四块陆 地表示成四个点，桥看成是对应结点之间的 连线。则哥尼斯堡七桥问题就变成了：从A， B，C，D任一点出发，通过每边一次且仅一 次返回原出发点的路线（回路）是否存在？ 欧拉证明这样的回路是不存在的。
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第二阶段是从19世纪中叶到1936年。
一开始，图论的理论价值似乎不大，因为图
论主要研究一些娱乐性的游戏问题：迷宫问
题、博弈问题、棋盘上马的行走线路问题。
但是随着一些图论中的著名问题如四色问题
（1852年）和哈密顿环游世界问题（1856
年）的出现，出现了以图为工具去解决其它
领域中一些问题的成果。
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1847年德国的克希霍夫将树的概念和理 论应用于电网络研究。1857年英国的凯莱也 独立地提出了树的概念，并应用于有机化合 物分子结构即CnH2n+2的同分异构物数目的研 究中。
10.7 树及其应用 教学内容：树，树叶，分支点，生成树，
最小生成树，Kruskal算法， Prim算法，根树，有序树， 二叉树，树的遍历， 最优二叉树， Haffman算法
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10.9 最短路径 教学内容：最短路径，Dijks位于普雷格尔（Pregel）河的两岸，河中有
一个岛，于是城市被这条河、它的分支和岛分成了
四个部分，各部分通过7座桥彼此相通。该城的居
民喜欢在周日绕城散步。于是就产生了这样一个问
题：能不能设计一条散步的路线，使得一个人从家
里（或从四部分陆地任一块）出发，经过每座桥恰
好一次再回到家里？这就是有名的哥尼斯堡七桥问
题。
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哥尼斯堡七桥问题看起来并不复杂，因
此立刻吸引许多人的注意，但是实际上很难
解决。
瑞士数学家欧拉注意到了这个问题，并
在1736年写的有关“哥尼斯堡七桥问题”
的论文中解决了这个问题。这篇论文被公认
为是图论历史上的第一篇论文，欧拉也因此
被誉为图论之父。
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简单（回）路，基本（回）路， 连通图，连通分支，点（边）割集， 割（边），强（单向，弱）连通图， 强（单向，弱）分图
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10.4 欧拉图与哈密顿图 教学内容：欧拉（回）路，欧拉图，
哈密顿（回）路，哈密顿图
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10.6 平面图 教学内容：平面图，面，边界，欧拉公式
1936年匈牙利的数学家哥尼格写出了第 一本图论专著《有限图与无限图的理论》， 标志着图论成为一门独立学科。
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第三阶段是1936年以后。由于生产管 理、军事、交通运输、计算机和通讯网络等 方面的大量问题的出现，大大促进了图论的 发展。特别是计算机的大量应用，使大规模 问题的求解成为可能。
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另外我们常用工艺流程图来描述某项工程 中各工序之间的先后关系，用网络图来描述某 通讯系统中各通讯站之间信息传递关系，用开 关电路图来描述IC中各元件电路导线连接关系 （芯片设计）等等。
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任何一个包含某种二元关系的系统都可 以用图形来表示。由于我们感兴趣的是两对 象之间是否有某种特定关系，所以图形中两 点之间连接与否最重要，而连接线的曲直长 短则无关紧要。由此经数学抽象产生了图的 概念。研究图的基本概念和性质、图的理论 及其应用构成了图论的主要内容。图是计算 机中数据表示、存储和运算的基础。
离散数学
第十章 图
裘国永
2020年7月7日
本章内容及教学要点
10.1 图的基本概念 教学内容：结点（顶点），边，无向边，
有向边（弧），环（自回路）， 孤立结点，有向图，无向图， 度数，出（入）度， 欧拉握手定理
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10.2 路、回路与连通性 教学内容：路（通路），回路（圈），
10.1 图的基本概念
这一节的主要内容：
无（有）向边、环、孤立结点、无（有） 向图、混合图、基图、简单图、多重图、平凡 图、零图、完全图、加权图、度数、出度、入 度、欧拉握手定理。
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定义10.1.1 一个图G定义为一个有序对<V, E>，记为G=<V, E>。其中V为非空有限集， 其元素称为结点或顶点（Vertex, Node）， E也是有限集，其元素称为边（Edge）。对E 中的每条边都有V中的两个结点与之对应，其 结点对可以有序也可无序。
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电网络、交通网络、电路设计、数据结 构以及社会科学中的问题所涉及到的图形都 是很复杂的，需要计算机的帮助才有可能进 行分析和解决。目前图论在物理、化学、运 筹学、计算机科学、电子学、信息论、控制 论、网络理论、社会科学及经济管理等几乎 所有学科领域都有应用。
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若边e与无序结点对[u, v]对应，称e为无 向边（Undirected edge），简称边，记为 e=[u, v]，u、v称为边e的端点，也称u和v为 邻接点，边e关联u与v。关联同一结点的两条 边称为邻接边。连接一结点与它自身的边称为 环或自回路（Loop）。两条端点对应相同的 边称为平行边。
图论是以图为研究对象的一个数学分 支。图论中的图指的是一些点以及连接这 些点的线的总体。通常用点代表事物，用 连接两点的线代表事物间的关系。图论则 是研究事物对象在上述表示法中具有的特 征与性质的学科。
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在自然界和人类社会中，用图形来描述 和表示某些事物之间的关系既方便又直观。 例如，国家用点表示，有外交关系的国家用 线连接代表这两个国家的点，于是世界各国 之间的外交关系就被一个图形描述出来了。
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图论的产生和发展经历了二百多年的历 史，大体上可分为三个阶段：
第一阶段是从1736年到19世纪中叶。 当时的图论问题是盛行的迷宫问题和游戏问 题。最有代表性的工作是著名数学家欧拉于 1736年解决的哥尼斯堡七桥问题。
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东普鲁士的哥尼斯堡城（今俄罗斯的加里宁格
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欧拉是这样解决这个问题的：将四块陆 地表示成四个点，桥看成是对应结点之间的 连线。则哥尼斯堡七桥问题就变成了：从A， B，C，D任一点出发，通过每边一次且仅一 次返回原出发点的路线（回路）是否存在？ 欧拉证明这样的回路是不存在的。
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第二阶段是从19世纪中叶到1936年。
一开始，图论的理论价值似乎不大，因为图
论主要研究一些娱乐性的游戏问题：迷宫问
题、博弈问题、棋盘上马的行走线路问题。
但是随着一些图论中的著名问题如四色问题
（1852年）和哈密顿环游世界问题（1856
年）的出现，出现了以图为工具去解决其它
领域中一些问题的成果。
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1847年德国的克希霍夫将树的概念和理 论应用于电网络研究。1857年英国的凯莱也 独立地提出了树的概念，并应用于有机化合 物分子结构即CnH2n+2的同分异构物数目的研 究中。