52. Планарные графы. Критерий планарности.

Говорят, что граф G укладывается на плоскости, т. е. является планарным, или плоским, если его можно нарисовать так, что его ребра будут пересекаться лишь в концевых точках – вершинах. Изображение планарного графа на плоскости называется планарной укладкой.

Рис. 1.24. Примеры планарного и непланарных графов:  а - планарная укладка с непрямолинейными ребрами;  б - планарная укладка того же графа с прямолинейными ребрами;  в - непланарный граф K₅; 

г - непланарный граф K_3,3

Теорема. Граф планарен тогда и только тогда, когда он не содержит в качестве подграфа графа или.До появления этой теоремы определение планарности графа считалось одной из труднейших задач теории графов.

На рис. 1.25 приведен непланарный граф Петерсена.

Рис. 1.25. Непланарность графа Петерсена: 

а - граф Петерсена; б - граф Петерсена, стянутый к K₅;  в - один из подграфов графа Петерсена, гомеоморфный K_3,3

Граф Петерсена не имеет подграфов, гомеоморфных K₅, но легко стягивается к K₅. Сложнее увидеть, что граф Петерсена имеет подграф, гомеоморфный K_3,3.

53. Теорема Куратовского-Понтрягина. Граф Петерсена.

Доказательство: необходимости. С геометрической точки зрения, добавление вершины степени 2 — это добавление точки на ребре, а стирание такой вершины объединяет два ребра с общим концом в одно.

Очевидно, что любая из этих операций, примененная к плоскому графу, снова даст плоский граф. Значит, по следствиям из теоремы Эйлера, никакой плоский (а следовательно, и планарный) граф не гомеоморфен графам K₅ и K_3,3. С учетом замечания о непланарных подграфах, необходимость доказана.

Граф Петерсена

54.Двухполюсные сети. Параллельно-последовательные сети. Поток в сети.

Опр. (k,l) – полюсником называется сеть имеющая k+l полюсов разбитых на два класса: k-входных полюсов, l – выходных полюсов.

(1,1)-полюсник называется двухполюсной сетью.

Цепью называют простую цепь между полюсами сети(S). – входной, выходной полюс. Полюсные ребра-Z.

Сеть состоящая из n параллельных ребер, соединяющих полюса обозначается через.

Сеть, которая может быть получена из сетей иприменением конечного числа операций подстановки сети вместо ребра называетсяпараллельно-последовательной сетью.

Опр. Сетью называется связный ориентированный граф G(V, E) без петель с выделенными вершинами  истоком и  стоком, причем каждой дуге поставлено в соответствие некоторое натуральное число –пропускная способность дуги.

Пропускная способность дуги характеризует максимальное количество вещества, которое может пропустить за единицу времени дуга . Договоримся на сети пропускную способность дуги записывать в круглых скобках.

Поток в сети определяет способ пересылки некоторых объектов из одной вершины графа в другую по направлению дуги. Число объектов (количество вещества) , пересылаемых вдоль дуги, не может превышать пропускной способностиэтой дуги:. Будем считать, что если существует дуга изв, то нет дуги изв. Таким образом, рассматривается поток вещества только в одну сторону.