第9章 欧拉图和哈密顿图

此时仍有四条边不在圈C中，边(4, 6)不在C中 且与节点4相关联，由节点4出发经过边(4, 6)又可得 到一个简单圈C ’ ’ ：(4, 6, 5, 2, 4)，将C ’ ’并入C得 到一个更长的简单圈C：(1, 2, 3, 4, 6, 5, 2, 4, 5, 3, 1)。 可以看到，G中所有的边已全在C中了，故知此圈C 即为G中的一条欧拉圈。
只要数一下图中节点的度数即可。
❖ 9.1.4 欧拉图的应用 一笔画问题 所谓“一笔画问题”就是画一个图形，笔不离纸，每条 边只画一次而不许重复地画完该图。“一笔画问题”本质上 就是一个无向图是否存在欧拉通路（回路）的问题。如果该 图为欧拉图，则能够一笔画完该图，并且笔又回到出发点； 如果该图只存在欧拉通路，则能够一笔画完该图，但笔回不 到出发点；如果该图中不存在欧拉通路，则不能一笔画完该 图。
解：在6个图中，图 (a)和(d)是欧拉图；图 (b) 和(e)不是欧拉图，但存在欧拉通路；图 (c)和(f)不 存在欧拉通路。
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9.1.2 欧拉图的判定 判断一个图（无向图或有向图）是否有欧拉通
路（回路），要考察所有边的所有全排列，几乎是 不可能的，所幸已有简单的判别法。
定理9.1.1 设无向图G=<V, E>是连通的，则 （1）当且仅当G的每个顶点都是偶顶点时，G是 欧拉图。 （2）当且仅当G除两个顶点是奇顶点外，其它 顶点都是偶顶点时，G有欧拉通路。
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图 9.1.5
例9.1.2 图G如图9.1.5所示。问图G是否 为欧拉图？若是，求出其欧拉圈。
由于G中的六个节点均为偶顶点且G连通， 根据欧拉定理可知G为欧拉图。
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在图9.1.5中任意找一简单圈C：(1, 2, 3, 1)；发 现还有七条边不在此圈中，边(3, 4)不在C中且在圈 中的节点3相关联，由节点3出发经过边(3, 4)可得到 一简单圈C ’(3, 4, 5, 3)，将C ’并入C得到了一个新的 更长的简单圈C：(1, 2, 3, 4, 5, 3, 1)。
第四篇 图 论
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第九章 欧拉图和哈密顿图
❖ 9.1 欧拉图 ❖ 9.2 哈密顿图
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9.1 欧拉图
9.1.1 欧拉图的引入和定义 18世纪中叶，在东普鲁士哥尼斯堡城，有一条
贯穿全城的普雷格尔河，河中有两个岛，通过七座 桥彼此相连，如图9.1.1(a)所示。
（a）
b1 A
b3
图 9.1.1
D
b5
b2 b6
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9.2 哈密顿图
❖ 9.2.1 哈密顿图的引入和定义
1859年威廉哈密顿爵士发明了一个小玩具，这 个小玩具是一个木刻的正十二面体，每面系正五角 形，三面交于一角，共有20个角，每角标有世界上 一个重要城市，如图9.2.1所示。他提出一个问题： 要求沿正十二面体的边寻找一条路通过20个城市， 而每个城市只通过一次，最后返回原地。哈密顿将 此问题称为周游世界问题。
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定理9.1.2 设G=<V, E>是有向弱连通图，则 （1）当且仅当G的每个顶点的入度等于出度时， G是欧拉图。 （2）当且仅当G除两个顶点外，其它顶点的入度 等于出度，而除外的两个顶点，一个的入度比出度 多1，另一个的入度比出度少1时，G有欧拉通路。
定理9.1.1和定理9.1.2提供了欧拉通路与欧拉回 路的十分简便的判别准则。
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（a）
（b） v7 v6 v6 v5
v7 （vc6 ） v5
定理9.1.3 G是非平凡的欧拉图当且仅当G是连 通的且为若干个边不重的圈的并。
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❖ 9.1.3 欧拉图的难点 对于欧拉图，需要大家注意以下几点： 1．仅有欧拉通路而无欧拉回路的图不是欧拉图。 2. 图中是否存在欧拉通路、欧拉回路的判定非常简单，
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例如，由定理可知，下图 (a)图为欧拉图，本图 既v成圈8 可圈画v6之v以在1并(看vc2)(成v中为3 圈v)清。4 vv晰1将5v起v2(6av见v)87分v，v1解8，将v成1v与42若个v圈3干圈vv42个画vv24边在，v6不(vb4v)8重v中5v2的v)之6，圈v并也4，的(可两v并6看个v7 不是(a)图特有性质，任何欧拉图都有这个性质。
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图 9.2.1
上述周游世界问题可用图论语言描述为：能否在图9.2.1所 示的图中找到一条包含所有节点的基本回路。按照图中所给城 市的编号，容易找到一条从节点1到2，再到3，到4，……， 最后到达20，再回到1的包含图中每个节点的基本回路，即周 游世界是可行的。
尽管讨论哈密顿通路和哈密顿回路在形式上与欧
拉通路和欧拉回路非常相似，但遗憾的是到目前为止， 仍然没有找到一个合适的条件来作为判断哈密顿通路 或哈密顿回路存在的充要条件。不过，可以给出哈密 顿通路和哈密顿回路存在的充分条件或必要条件。
C
b4
b7
B（b）
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定义9.1.1 设G是无孤立节点的图，若存 在一条通路(回路)，经过图中每边一次且仅一 次，则称此通路(回路)为该图的一条欧拉通路 (回路)。若存在一个圈，此圈通过G中每条边 一次且仅一次，则此圈成为欧拉圈。具有欧 拉回路的图称为欧拉图，具有欧拉通路但无 欧拉回路的图称为半欧拉图。
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将这个问题加以推广，即在任意连通图中是否 存在一条包含图中所有节点的基本通路或基本回路。
定义9.2.1 通过图中每个顶点一次且仅一次的 通路（回路）称为哈密顿通路（回路）。一个具有 哈密顿回路的图称为哈密顿图。
规定：平凡图为哈密顿图。
另外，以上定义既适合无向图，又适合有向图。
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❖ 9.2.2 哈密顿图的判定
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规定：平凡图是欧拉图。 以上定义既适合无向图，又适合有向图。 例9.1.1 判断下图的6个图中，是否是欧拉图？是否存在欧拉通路。
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(a)
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(b)
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(c)
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v2 (d) v3
v2 (e) v3
v2 (f) v3
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分析：如果说图中存在欧拉通路（回路）， 具体找出一条经过图中每边一次且仅一次的通路 (回路)即可；如果说图中不存在欧拉通路(回路)， 则要试遍了边的所有全排列，它们都不能构成通 路（回路）。