
- •Часть 1
- •Часть 1
- •Введение
- •1. Основные понятия теории графов
- •Задачи теории графов
- •1.2. Основные определения
- •1.3. Степени вершин графа
- •1.4. Изоморфизм графов
- •2. Представление графов в эвм и операции над ними
- •2.1. Матричные способы задания графов
- •2.2. Список ребер (луг) и структура смежности графа
- •2.3. Части графов
- •2.4. Основные операции над графами
- •3. Маршруты в графах
- •3.1. Понятие маршрута
- •Маршруты в неориентированных графах
- •Маршруты в ориентированных графах
- •3.2. Связность в графах.
- •В примере 3 граф имеет две сильно связных компоненты.
- •3.3. Связность и матрица смежности графа
- •3.4. Матрица взаимодостижимости
- •4. Деревья
- •4.1. Свободные деревья
- •4.2. Ориентированные, упорядоченные и бинарные деревья
- •Эквивалентное определение ориентированного дерева
- •5. Эйлеровы и гамильтоновы графы.
- •5.1. Эйлеровы графы.
- •5. 2. Алгоритм построения эйлерова цикла в эйлеровом графе
- •5.3. Гамильтоновы графы
- •5.4. Оценки числа эйлеровых и гамильтоновых графов
- •6. Фундаментальные циклы и разрезы
- •6.1. Фундаментальные циклы
- •6.2. Разрезы
- •7. Связь теории графов с бинарными отношениями и векторными пространствами
- •7.1. Отношения на множествах и графы
- •7.2. Векторные пространства, связанные с графами
- •8. Планарность и раскраска графов
- •8.1. Планарные графы
- •8.2. Раскраска графов
- •8.3. Алгоритм последовательной раскраски
- •9. Покрытия и независимость
- •9.1. Покрывающие множества вершин и ребер
- •9.2. Независимые множества вершин и ребер
- •9.3. Доминирующие множества
- •10. Кратчайшие маршруты в графах
- •10.1. Расстояния в графах
- •10.2. Алгоритм Форда-Беллмана
- •11. Задача коммивояжера
- •11.1. Постановка задачи
- •11.2. Обходы вершин графа по глубине и ширине
- •11.3. Решение задачи коммивояжера
- •12. Потоки в сетях
- •12.1. Основные определения
- •12.2. Теорема Форда и Фалкерсона
- •12.3. Алгоритм построения максимального потока
- •13. Сетевое планирование и управление
- •13.1. Элементы сетевого графика
- •13.2. Временные параметры сетевого графика
- •13.3. Распределение ограниченных ресурсов
- •14. Анализ технических систем (на примере электрической цепи)
- •14.1 Закон Кирхгофа
- •14.2. Основные уравнения
- •15. Сигнальные графы
- •15.1. Общие представления о сигнальных графах
- •15.2. Преобразования сигнальных графов
- •15.3. Формула Мэзона
- •16. Переключательные сети (схемы)
- •17. Математические машины и цепи маркова
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Часть 1
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
7.2. Векторные пространства, связанные с графами
Рассмотрим алгебраическую систему Z2=({0, 1}; ,) с двуместными операциями кольцевого сложения и умножения , задаваемых правилами 00=0, 11=0, 10=1, 01=1, 00=0, 01=0, 10=0, 11=1.
Пусть
G=(V,
E)
– связный неорграф с n
вершинами и m
ребрами (e1,
e2,…,em).
Произвольному множеству ребер AE
взаимно однозначно соответствует вектор
,
компоненты которого определяются по
правилу:
Если
имеется вектор
,
то сложение векторов определяются по
правилу:
.
Произведение
вектора
на элемент {0,
1} определяется следующим образом :
λ
=(a1,,λa2,…,λam).
Множество векторов {0, 1}m с операциями сложения и умножения на элементы Z2 образует линейное пространство над полем Z2. Это пространство обозначается Vm(Z2).
Заметим,
что сложение
векторов
и
соответствует кольцевой сумме множеств
ребер A
и B,
представляемых этими векторами. Т.е.
сумме
соответствует множество
.
Внутреннее произведение векторов и определяется соотношением ( , )= a1b1 a2b2 … ambm.
Равенство ( , )=0 означает, что число произведений aibi, равных единице, чётно. Для таких произведений ai=1, bi=1, и, следовательно, соответствующие векторам и множества ребер A и B имеют четное число общих ребер.
Множество ребер А называется границей (кограницей), если А есть объединение множества ребер некоторых циклов (коциклов), из которых любые два множества не имеют общих ребер. Заметим, что кольцевая сумма A1 А2 границ (кограниц) А1 и А2 также является границей (кограницей). Следовательно, множества VГ={ | соответствует некоторой границе} и VК={ | соответствует некоторой когранице} образуют линейные подпространства пространства Vm(Z2).
Теорема
1. Если
{C1,C2,…,Cm-n+1}
– фундаментальное множество циклов
связного графа G,
то множество векторов
,
соответствующих фундаментальным циклам,
образует базис подпространства границ
VГ.
Теорема
2. Если {K1,
K2,
…, Kn-1}
– фундаментальное множество коциклов
связного графа G,
то множество
векторов соответствующих фундаментальным
разрезам, образует базис подпространства
кограниц VК.
Следствие 1. Размерность VГ. равна цикломатическому числу =m-n+1, а размерность VК равна корангу *=n-1.
Следствие 2. Любой цикл (коцикл) в графе можно представить в виде кольцевой суммы некоторых фундаментальных циклов (разрезов).
Два
подпространства V1
и V2
векторного пространства Vm(Z2)
называется ортогональными
(V1V2),
если для любых векторов
V1
и
V2,
справедливо равенство (
,
)=0.
В частности, для любых векторов
BГ
и
BК
справедливо (
,
)=0.
Так как множества BГ
и BК
образуют базисы подпространств VГ
и VК,
то VГ
VК.
Заметим,
что матрица фундаментальных циклов C
образована векторами, соответствующим
фундаментальным циклам, а матрица
фундаментальных разрезов K
образована векторами, соответствующими
*=n-c
фундаментальных разрезов (коциклов).
Следовательно, при умножении матрицы
фундаментальных циклов С
на транспонированную матрицу
фундаментальных разрезов KT
в поле Z2
строка
умножается на столбец
по правилу внутреннего умножения. Так
как (
,
)=0,
то это означает, что СKT=0,
а также KCT=0.