книги из ГПНТБ / Солтан, П. С. Экстремальные задачи на графах и алгоритмы их решения
.pdfД о к а з а т е л ь с |
т в |
о |
. На |
ооновѳ |
теоремы 5 ,2 |
пере |
|||
бором всевозможных случаев |
легко |
заметить, |
что |
теорема 5 ,3 |
не |
||||
будет иметь |
места, если только |
кавдые |
два |
|
из |
соответствующих |
|||
комплексов |
Kjf, Kj2 , Kj3 |
пересекаются |
по грани |
из Ф (рис . 8 ) . |
|||||
Для того чтобы доказать, |
что |
этот случай |
не |
может иметь места, |
достаточно повторить рассуждения из доказательства теоремы 5 .1,
применимые |
к |
треугольнику |
х (1хг , х 3 |
(рис.8 ) . А |
это |
|
завершает |
|||||||||||||
доказательство |
теоремы 5 . 3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 6. Теорема о расстоянии |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Здесь |
будет указана формула для нахождения |
расстояния |
||||||||||||||||
d ( x r , x s ) |
между |
любыми вершинами х г |
и х у для |
произвольного гра |
||||||||||||||||
фа |
6 = (Х ,U ) |
класса |
К |
■ |
|
|
|
|
|
G = (X7U ) T |
||||||||||
|
|
Пусть |
х г |
и |
x s |
- |
произвольные вершины графа |
|||||||||||||
а Cts - |
некоторая |
цепь, |
соединяющая их. Обозначим |
через UJr$ |
та |
|||||||||||||||
кое максимальное (по включению) подмножество ребер |
из |
|
Uj, j |
£CLL, |
||||||||||||||||
что |
|
каждое |
|
ребро |
и е Uf.s |
входит |
в цепь ^rs . Далее, |
пусть |
||||||||||||
i ( u ) = c/j |
, d £ Uj, j & GU |
f |
a |
t J - |
наименьшее |
ив |
неотрицатель |
|||||||||||||
ных целых чиоѳл, |
удовлетворяющих соотношению |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
I U^\ = t l(mod2). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
I |
Имеет |
место |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Т е о р е м а |
|
6 ,1 . |
Для произвольных х г |
и х $ |
графа |
|
G |
||||||||||||
|
раоотояние |
d(xr ,xs ) |
единственным образом предотавлено в |
|||||||||||||||||
|
виде |
равенства |
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
d ( x r ,x s ) = j _ d j t J . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Д |
о |
к |
а з а т е л ь |
с |
т в |
о . |
Пусть/ £iU, |
a |
Ху- |
комплекс, |
||||||||
определяемый |
классом |
эквивалентности |
Uj. Исходя из |
теоремы |
5 . 1, |
|||||||||||||||
его |
можно |
представить |
в виде полосы (рис.9 ) . Пользуясь |
обозна |
||||||||||||||||
чениями рис .9, имеем, |
в |
сиду |
теоремы |
5 . 2 , что |
в |
цепь |
Сг5 = |
|||||||||||||
=( U-Li, utl |
|
|
Uim) |
входит не |
более |
чем по одному |
ребру из |
каж- |
Р и с . 9
30
догр класса |
эквивалентности |
U j , j & U Покажем теперь, |
что |
|
если |
||||||||||
G/= (X'f, U / ) |
|
- |
та ив компонент снязнооти графа G, определен |
||||||||||||
ных разрезом |
Uj |
, |
которая |
содержит |
ягг в. acS} то |
для графа |
Gj |
||||||||
имеем равенство; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
d ( x r , x s ) = L |
d if |
|
|
|
|
|
|
(I) |
||||
Для этого достаточно показать, что |
любая другад |
цепь C'rs |
из 6 / , |
||||||||||||
соединяющая |
х г |
|
о Xs, имеет |
длину |
больше, |
чем fZ dit . |
Действи |
||||||||
тельно, |
пусть |
CrS = (Ult , |
|
, |
U[p). |
В этом |
случае |
|
оказы |
||||||
вается, |
что |
каждому ребру |
u ^^Grs |
можно поставить в |
соответ |
||||||||||
ствие некоторое |
ребро |
u ; v £ Crs , |
|
причем различным ребрам |
из |
||||||||||
CfS будут соответствовать различные ребра из |
. Это |
вытекает |
|||||||||||||
из следующего. |
|
|
|
цепи Crs |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Каждое ребро |
|
определяет некоторый класс |
эк |
||||||||||||
вивалентности |
U j J e U . |
Ранее |
было |
замечено, что |
все классы |
эк |
вивалентности, определяемые ребрами кратчайшей цепи СГ£,различ ны. Так как каждый класс эквивалентности является разрезом гра
фа 6 |
, то в |
силу |
теоремы 5 .1 |
и следствия |
5 .1 |
немедленно |
полу |
||||||||
чаем, |
что |
каждый из рассматриваемых классов эквивалентности |
со |
||||||||||||
держит по крайней мере одно ребро цепи Crs . Тот факт, |
что двум |
||||||||||||||
различным ребрам цепи СГ5 |
не может соответствовать одно |
и |
то |
||||||||||||
же ребро цепи C/s , следует непосредственно из теоремы 5 . 2 . |
|
||||||||||||||
|
Далее из |
теоремы 5 .2 и |
определения |
класса |
эквивалентности |
||||||||||
следует, |
что |
в цепи Cr s |
нет |
такого |
ребра, |
для |
которого |
|
образом |
||||||
при этом соответствии было бы |
ребро |
и'і, |
или а [ т цепи C 'r s . В |
оа- |
|||||||||||
мом деле, |
если бы имело |
место |
противоположное, |
то,например,реб |
|||||||||||
ро u[t |
принадлежало бы |
классу |
эквивалентности |
lfjt |
, j i £ iK ) |
оп |
|||||||||
ределяемому некоторым ребром |
|
Cr s |
, |
|
|
Иэ опреде |
|||||||||
ления |
эквивалентности ребер |
следует, что t |
не |
может |
равняться |
||||||||||
I . Следовательно, индекс удовлетворяет неравенствам |
|
|
|
||||||||||||
Но тогда |
комплекс |
Ку П Кyt |
|
был бы несвязным и состоял из |
од |
||||||||||
ной грани и еще по крайней мере из одной вершины, |
что |
противо |
|||||||||||||
речит теореме 5 . 2 . Итак, имея в виду, что граф |
в |
удовлетворяет |
|||||||||||||
условию 4° § |
4, получаем неравенство |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
o / ( a c ^ x s ) < |
r i d i)>, |
|
|
|
|
|
|
|
|||
а следовательно, |
в графе G |
|
верно |
соотношение |
( I ) . |
|
|
|
|||||||
Рассуждая аналогично, |
сравнительно |
легко |
получаем |
|
единст |
||||||||||
венность |
представления d(OCr , XS) |
при |
помощи равенства |
( I ) . |
|
31
|
Пусть |
Crs = (uLf, Ui2 ( ,.., и ц |
) |
- |
произвольная |
цепь, |
сое |
|||
диняющая |
и |
x s в графе |
G , |
а |
j |
- некоторый элемент |
мно |
|||
жества |
41. Из определения |
множѳотва |
<У/5 имеем соотношение СГ$Г\ |
|||||||
П |
Uj - |
Uf.g. |
Это пересечение |
для |
большей ясности |
изображено |
||||
на |
рио.ІО, |
причем для сокращения |
записи воспользуемся, |
как и |
раньше, обозначениями этого риоунка. На основе формулы (I) мо
жем записать: |
|
|
|
|
tf |
d[t + d(acr t i , |
+ ■■■+ d ( x r u _f , х Гік) + |
d ( x r , x s ) 4 L |
|||
i |
Ь |
|
t |
' f a |
? * |
d i t + d ( x ^ ’ Xr^ |
> * d J * £ r +i d i t ■ |
Таким образом, |
в правой |
части |
этого |
неравенства |
чиоло d j |
войдет |
|||||||||||
с |
коэффициентом I , |
еоли |
| UJr s j= |
I ( m o d 2 ) , |
и |
о |
коэффициентом |
||||||||||
О, |
если |
j (f/s j = о ( m o d |
2 ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Теперь уже ясно, что если |
j i , |
,■■■> Jm |
- суть |
все индексы |
||||||||||||
множества |
41 ; |
соответствующие |
разрезы |
которых |
обладают тем |
||||||||||||
свойством, что |
определяемые ими компоненты |
связности |
содержат по |
||||||||||||||
одной из |
точек |
х г |
и a?s,TO |
d ( x r , x s )= Ild jL или |
|
d ( x r , x s ) : |
|||||||||||
=j=rt d /г |
t /J |
Таким образом, |
теорема |
c- r |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
доказана. |
|
|
|
|
|||||||||
|
Т |
е |
о р |
е ; м аа |
6 .2 . Пусть j e * U , G j=(X Jf , ( j j ) |
и |
r.J - |
||||||||||
|
и2 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
- |
компоненты |
графа |
6 ' - ( X , U \ |
Uj),X2- |
произ- |
|||||||
|
вольная |
вершина из |
G j , |
a |
x s |
- |
такая |
вершина |
из |
<?/ |
что |
||||||
|
d (Х/г)Х2 ) —d(xr , х $). Ес ли J t , Jg, |
|
|
|
- |
такая |
удо- |
||||||||||
|
Ірядочѳнная |
последовательность индексов,принадлежащих мно |
32
Цжеству |
%l |
, |
что |
d (xr , x s )-Z. |
d j L |
то |
KJL П Kj ^ |
Ф, |
||||||
Д |
о |
к а |
з |
а |
т е л ь |
с т |
в о . |
Из |
теоремы |
5 .1 |
следует, |
что |
||
& 5 e K j. |
|
Следовательно, |
d j m = d j . Пусть теперь |
сущѳотвуѳт |
такой |
|||||||||
j t , что |
|
Kjt C\Kj = F é -Ф |
( |
рис. I I ) . |
Заметим, |
что |
при |
|
||||||
имеем |
Кj m _t |
Cl K j ФФ. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Это легко |
уотанавливаетоя |
|
|
|
|
|
|
|||||||
при помощи теоремы 5 .2 . Те |
|
|
|
|
|
|
||||||||
перь |
нетрудно убедиться,что |
|
|
|
|
|
|
|||||||
имеет |
|
.место |
|
равенство |
|
|
|
|
|
|
||||
c((xr ) XJ2} = d ( x r , x ' ) |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
+ d ( x ' х " ) . |
Для |
этого |
до |
|
|
|
|
|
|
|||||
статочно |
применить рассужде |
|
|
|
|
|
|
|||||||
ния, |
аналогичные |
тем, |
кото |
|
|
|
|
|
|
|||||
рые были проведены при |
до |
|
|
|
|
|
|
|||||||
казательстве |
теоремы |
6 .1 |
с |
|
|
Р и с . IJ |
|
|
||||||
использованием теоремы 5 .3 . |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
В результате |
получим, |
что вершина |
x s |
не есть |
ближайшая вершина |
|||||||||
графа |
|
д л я |
вершины |
Х л .Полученное противоречие завершает дока |
зательство теоремы 6 .2 .
З ак.665
Г л а в а П
РЕПЕНИЕ ЗАДАЧИ ШТЕЙНЕРА НА ГРАФАХ
Эта глава посвящена доказательству основных теорем, описы
вающих множество решений задачи Штейнера на метрических |
графах |
||
указанного в первой главе |
класса графов о существенным |
исполь |
|
зованием результатов этой |
же главы. Приводятся алгоритмы |
реше |
|
ния задачи Штейнера на этих графах, |
а также алгоритмы |
решения |
|
этой же задачи для некоторых более |
общих графов. Показывается, |
что предлагаемые алгоритмы для нахождения решений указанной за дачи не используют метричеокие соотношения.
В качестве |
следствия |
получаем, |
что вершины |
любого |
|
графа |
||||||||
указанного |
выше класоа допускают код Хемминга. |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
§ |
7. |
Описание множества решений |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
задачи |
Штейнера |
|
|
|
|
|
||||
I . |
Обозначим через |
Х 0 |
множество |
вершин графа |
G = ( K , U |
|||||||||
являющихся решениями |
задачи |
XXX |
, |
и докажем несколько |
|
пред |
||||||||
ложений, дающих возможность описать это множество. |
|
|
|
|||||||||||
Пусть |
б ' = (Х |
, |
U') |
- некоторый подграф графа |
<5= ГХ, ^.Обо |
|||||||||
значим через р (G') число |
|
р |
Сх ) . Согласно следствию 5.1 .граф |
|||||||||||
G ,= (X, U \Ѵ ) ) состоит из двух |
компонент GJt и б / . Через |
У0 |
обо |
|||||||||||
значим множество всех индексов j |
е |
41 для которых р /'<?/) - р (ѲЦ |
||||||||||||
Т е о р е м а |
|
7 , 1 . |
Мощности множеств |
Х 0 |
и |
2 /0 графа G |
||||||||
удовлетворяют равенству |
)Х0 |
\ = 2 ^°* , |
причем множество Х0 |
|||||||||||
исчерпывается полностью множеством вершин некоторой клетки |
||||||||||||||
комплекса |
Кв . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Доказательству |
теоремы |
7 .1 |
предпошлем неоколько |
эле |
|||||||||
ментарных лемм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИЛ. е м м а |
7 . 1 . |
Для |
того чтобы |
индекс |
у е 2/ |
принадлежал |
34
множеству |
U 0t необходимо |
и |
достаточно, |
чтобы для |
некото |
||||||
рого |
ребра |
и = ( х ' , х ,І)<= Uj |
выполнялось |
равенство F(x')- |
|||||||
= F{x") . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Пусть .индекс |
j |
принадлежит |
||||||||
множеству |
Ѵ0 , |
6 J, = ( K J1, |
U'j) |
и |
G2 ~(X2 , U / ) |
- |
соответст |
||||
вующие |
компоненты графа |
G’ = (X , |
Uj ), |
а u = ( x ' , x " ) |
|||||||
некоторое |
ребро |
класса |
Uj, причем |
Х ‘е |
XJt , х " <= Х 2 |
. |
Обозначим |
||||
через |
F-f(x) и |
F2 ( x ) |
соответственно |
суммы |
|
|
|
|
Из |
теоремы 6.1 непосредственно получаем, |
что |
F ( x ' ) - |
Ff (x')-t- |
||||||||||||||||||||
+ F2 |
(х ") + p |
(G 2j |
y d j , F(x")- F1 |
(x ')+Fz (x")+p(Gi) dj. Но |
|
так |
как |
|||||||||||||||||
Р ( 6 |
І ) = Р ( Ц ) |
, |
|
то |
|
F ( x ) |
= F(x") . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Предположим теперь, |
что |
F ( x ' ) = F (x " ) . |
|
|
Тогда, |
|
прирав |
|||||||||||||||
нивая полученные выше выражения для F (x ') |
и |
|
F ( x u), |
немедлен |
||||||||||||||||||||
но |
получим равенство |
p ( G f ) = p ( ß J ) , |
которое и |
обозначает, |
||||||||||||||||||||
что |
у е |
|
Ы0 . |
Таким образом |
|
лемма |
доказана. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
ИЛ |
е |
м м а |
7 . 2 . |
Пусть |
j |
|
- |
индекс |
множества |
V |
4 Ѵо, |
а |
|||||||||||
|
|
компоненты |
|
G j - ( X J1 |
, iff), GJz = ( x 2J , U£ ) |
|
|
графа |
|
G'= |
||||||||||||||
|
I\ ( X , U ^ U j ) |
|
удовлетворяют |
неравенству |
p ( 6 f ) |
^ P (G2J |
). |
|
||||||||||||||||
|
|
Тогда |
множество |
X0 |
удовлетворяет соотношению |
X0 |
c |
Xj. |
|
|||||||||||||||
|
|
Д о к а з а т е л ь с т в о |
. |
Очевидно, |
достаточно |
|
пока |
|||||||||||||||||
зать, |
что для |
любой вершины |
|
х г |
компоненты |
|
|
существует |
вер |
|||||||||||||||
шина |
x s |
в |
Gf, |
которая |
|
удовлетворяет неравенству |
F(x^< F (x r ). |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
Пусть |
|
d ( x r , X J1) |
|
- |
расстояние вершины |
х г |
до |
мно |
||||||||||||
жества |
X Jf. |
Ввиду |
конечности множества XJ{ |
|
существует |
такая |
||||||||||||||||||
вершина |
|
x K ^ X Jf |
, |
|
что |
|
d (xr , XJt ) = d (Хг , хк ). |
|
Пусть Сгх = |
|||||||||||||||
= |
|
= х Го , х Г |
( |
х гр = х к] -- ( иіі , и |
|
и іт |
) . |
- |
некоторая |
|||||||||||||||
цепь, |
на |
которой |
|
реализуется |
расстояние |
d ( x r , X / ). |
На основе |
|||||||||||||||||
теоремы |
|
6 .1 |
немедленно |
подучаем, |
что^ребро ^^принадлежит |
клас |
||||||||||||||||||
су |
Uj |
|
и, |
кроме |
того, |
d (х г , хк ) = t l |
, |
|
Рассуждая |
так |
же, |
|||||||||||||
как |
при доказательстве |
леммы 7 . 1 , |
получим неравенство |
F(xPp)< |
||||||||||||||||||||
< |
F ( х Гр_г). |
Далее |
ясно, |
что |
d |
(хГо , хГр )= d |
(хГд 7 х Гр_г ) / |
|
||||||||||||||||
* ^ (х Гр~, > х гр )- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Пусть |
Uji |
- |
класс |
|
эквивалентности, |
определяемый |
ребром |
|||||||||||||||
GLfl.f, а |
K jj |
|
- соответствующий комплекс. |
|
Согласно |
|
теореме |
|||||||||||||||||
5 . 2 , комплекс Kjf |
не пересекается с комплексом ду |
по |
элементу |
|||||||||||||||||||||
из |
Ф . Следовательно, |
отсюда, а также с учетом |
следствия |
5 .1 |
||||||||||||||||||||
одна |
из |
компонент графа |
|
G - |
(X , U ^ U j ) |
будет |
содержать |
в ка~ |
35
чеотве собственного |
подграфа |
граф |
б / . |
Пусть |
это |
будет |
компонен |
||||||||||||
та б ' 1'. Тогда из |
того, что р ( х ) |
> |
0 |
для |
любого |
г с ^ Х , |
и |
усло |
|||||||||||
вия леммы 7 . 2 , |
имеем |
|
р ( G J/ ) > |
P ( G J1) >. р ( в [ ) |
> р |
(Gif ) . |
Отсю |
||||||||||||
д а, подобно |
тому, |
как |
было установлено |
неравенство |
F ( x r |
)< |
|||||||||||||
*Р (х^ _ г), получаем |
|
F ( x rp_f )< Р(хГр_г ). |
Рассуждая аналогично |
||||||||||||||||
при переходе от |
|
ребра |
Uit |
к ребру |
и ц +1, |
t = р , р - 1 |
1 |
, |
по |
||||||||||
лучим неравенство |
F(xK )<F(xrp_f )< .. .< F(acr ) , |
откуда |
следует, |
||||||||||||||||
что вершина |
х к |
|
еоть |
|
искомая |
вершина х $ , |
|
|
|
|
|
||||||||
Таким |
образом,лемма |
доказана. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|Л е м м а |
|
7 . 3 . |
|
Пуоть J 1 |
|
и |
|
J2 |
- |
два |
различных |
индекоа |
|||||||
множества |
Zl0 , |
а |
Kj/ |
и |
Kj2 |
- |
|
соответствующие |
комплексы,оп |
||||||||||
ределяемые разрезами Ujt и и/е . Тогда существует единствен |
|||||||||||||||||||
ный элемент |
|
F |
множества |
Ф, |
что |
верно |
соотношение |
Kj, Л |
|||||||||||
! (Ч і = |
* |
|
т |
е |
л ь с т в о . |
|
Предположим противное, |
т . е . |
|||||||||||
Д о к а з а |
|
||||||||||||||||||
предположим, что |
пересечение |
Kjf П Kjz |
|
либо не |
содержит |
эле |
|||||||||||||
менты из Ф, либо |
содержит |
более |
одного |
элемента |
из |
Ф■ В первом |
олучае на |
основе теоремы 5.2 непосредственно |
получаем, что |
(при |
|||
надлежащих обозначениях компонент, образованных разрезами |
Ujf |
|||||
и Uj2 ) либо выполнены включения |
б /'^ б/* |
и |
G^ |
с G% , |
либо |
|
выполнены |
обратные включения. |
Каждый из этих |
случаев приводит |
|||
к противоречию. В самом деле, учитывая, что |
функция |
р ( х ) |
стро |
го положительна, например для указанных включений,получаем сле
дующие неравенства: |
P ( 6 |
J/ ) ^ Р ( Gf2) - |
р ( GJ 2Z ) < р ( |
) |
|
|
вопре |
||||||||
ки принадлежности индекса Ji |
множеству 2і0 . |
Рассуждая |
|
анало |
|||||||||||
гично по отношению к обратным включениям, |
придем |
к |
такому |
же |
|||||||||||
противоречию для индекса |
Наконец, |
второй |
случай |
приводит |
к |
||||||||||
противоречию оо следствием 5 .1 . Таким образом,лемма доказана. |
|
||||||||||||||
Л е м м а |
7 . 4 . Множество |
Ѵ0 |
графа |
G ^ K |
|
удовлетворяет |
|||||||||
соотношению | 2J0 1é |
2 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Д о к а з |
а т е л ь |
с т в |
о . |
Предположим противное, |
т .ѳ . |
||||||||||
предположим, что множество И0 |
удовлетворяет |
неравенству |
j 2 / 0 \ |
> 2 |
|||||||||||
Тогда, как легко заметить на основе леммы 7 . 3 , |
следствия |
5 .1 , |
|||||||||||||
теоремы |
5 .2 и |
доказательства леммы 7 . 2 , граф |
G ,= (X ,U 'S- UuJj) |
|
|||||||||||
состоит |
более |
чем из |
шести компонент, |
что |
противоречит |
1 |
теоре |
||||||||
ме 6 . 3 . Лемма |
7 ,4 .доказана. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Л е ы м а |
7 . 5 . |
Если множество Х0 |
состоит более |
чем |
из |
||||||||||
одного элемента, то |
любой индекс |
/ £ |
Z/ , |
для |
которого х 0 I) |
||||||||||
!KJt |
F 0 |
и |
|
Х0 П Х'2 * |
0 , |
|
принадлежит |
множествуЧ |
36
|
Д |
о |
к |
а з а т е л ь с т |
в о |
|
. Пусть |
х |
0' |
и |
|
принадлежат |
|||||||||
множеству Х0 , Рассмотрим цепь |
( Uif , |
|
|
|
Uip ), |
реализующую |
|||||||||||||||
расстояние |
с/(х*0 ,Х % ) |
вершины x^ |
до |
вершины х§ - |
Если |
предпо |
|||||||||||||||
ложить, |
что |
существует |
такое ребро |
iiit |
г |
|
|
|
|
для |
|
которо |
|||||||||
го |
индекс |
/ , |
определенный |
множеством ребер, эквивалентных реб |
|||||||||||||||||
ру |
Ui f , |
не |
принадлежит множеству |
|
то |
придем |
немедленно |
к |
|||||||||||||
противоречию с |
леммой |
7 . 2 . Действительно, |
если |
j £ |
Ѵ0 , |
то либо |
|||||||||||||||
имеет .меото |
неравенство |
p ( G j ) > p ( G £ ) , |
|
либо |
неравенство |
||||||||||||||||
p ( G j ) < p ( G ,2). |
Из |
определения |
индекса |
/ ’ |
имеем Х0 ПХ,; Х(^ |
||||||||||||||||
и |
Х0 |
|
|
|
|
с |
другой |
отороны, |
каждое |
из |
полученных |
не |
|||||||||
равенств |
для весов приводит |
на основе леммы 7 .2 |
к противоречию |
||||||||||||||||||
с |
условием леммы |
7 . 5 , |
что |
завершает |
доказательство. |
|
|
|
|||||||||||||
|
Д |
о |
к |
а з а т е л ь с т |
в о |
|
теоремы |
7 . 1 . Из конечности |
|||||||||||||
множества |
вершин |
X |
графа |
G |
имеем, что |
Х0 |
не |
пусто. |
Согла |
||||||||||||
сно лемме 7 .4 множество |
tl0 |
удовлетворяет |
соотношению |
)l l 0 \F2. |
|||||||||||||||||
Рассмотрим |
всевозможные |
случаи |
| Ѵ0\ = о, \ 2/0 | = /, W 0 |
| ~2 . |
|
|
|||||||||||||||
|
Пусть |
\И0 \~о. Покажем, что |
|Х 0| = / . |
Предположим против |
|||||||||||||||||
ное, т . е . предположим, что |
I X J # / . |
Тогда |
из |
того, |
что |
Хо :Р 0 , |
|||||||||||||||
имеем |
| Х ^ | > / , |
а |
это, |
в |
силу леммы 7 . 5 , |
немедленно |
приводит |
к |
|||||||||||||
тому, что |
|
|
|
0 f |
следовательно, |
jV 0 |
\ ^ 0 |
, |
вопреки |
предложе |
|||||||||||
нию. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть |
\ l l 0 \ = f. |
Это означает, |
что |
% |
состоит |
из |
|
единст |
||||||||||||
венного индекса |
/ е 21. Покажем, |
что |
jX0\ = 2 . |
|
Предварительно |
||||||||||||||||
установим, |
что множество Х0 |
является подмножеством нульмерных |
клеток (вершин) комплекса Kj. Для этого достаточно показать,что
для |
любой вершины х г |
графа G |
, не |
принадлежащей |
комплексу Kj, |
|||||||||||
найдетоя вершина |
х 3 |
, |
принадлежащая |
Kj |
и удовлетворяющая |
усло |
||||||||||
вию |
F(xr )> F(xs ). |
Это |
легко |
проверить, |
выбрав вершину x s t как' |
|||||||||||
это |
оделано |
в доказательстве |
леммы 7 . 2 . |
Согласно |
лемме. 7 .1 |
име |
||||||||||
ем, |
что еоли |
lX0 |
\ > f t x |
l e -X0 l |
то |
в Х 0 |
существует |
такая |
вер |
|||||||
шина |
х%,что |
ребро ( X 01 |
, X Q ) |
|
определяет |
разрез |
U j , j ^ V 0 , |
|||||||||
|
|
Теперь |
предположим, |
что |
верно неравенство \Х0 \>2 . |
Тогда |
||||||||||
в |
Х0 |
существует |
вершина |
х § , |
отличная от |
вершин х 0г |
и x ß . В си |
|||||||||
лу |
леммы 7 .1 |
множество |
|
Х0 |
содержит |
такую вершину я ^ ч т о |
реб |
|||||||||
ро |
(эс$,х%) |
определяет |
тот |
же разрез |
Uj |
|
Далее |
рас |
||||||||
смотрим расстояние |
d ( { x ^ , x § j , { х § , |
X%j) |
между множест |
|||||||||||||
вами |
{х'0 , Xgj- |
и |
{ x ß j X Z } - . |
Пусть |
это расстояние достига |
|||||||||||
ется |
на вершинах х 0' |
и |
х § , принадлежащих одной компоненте |
связ |
||||||||||||
ности, определяемой |
разрезом |
Uj. Тогда |
любая цепь (щ 1г |
|
||||||||||||
реализующая |
расстояние |
|
d ( x 01 |
l x ^ ) } |
не |
содержит ребра множе |
37
ства |
U j . На основе леммы 7 .5 |
имеем, |
что |
каждое |
ребро |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
определяет |
некоторый индеко |
множества |
|
Ѵ0 . |
|
Следова |
||||||||||||||||
тельно, |
подучаем |
соотношение |
\1 |
1 0 \^'2 |
, |
что противоречит равен |
||||||||||||||||||||
ству |
|
\Zl0 \ - f ■ |
Таким образом, |
|
для случая |
l 2 |
/0 |
l ~ f |
|
множество |
||||||||||||||||
Х0 |
|
оостоит в точности из двух |
элементов, причем |
эти |
|
элементы |
||||||||||||||||||||
являются |
смежными вершинами графа |
G. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
Пусть, |
наконец, |
ІѴ0 і- 2 |
, |
Покажем, |
что |
|Х0 | = 4 , |
более |
то |
||||||||||||||||
г о , |
|
покажем, |
что |
элементы |
множества |
Х0 |
принадлежат |
одной |
грани |
|||||||||||||||||
F еФ . |
Пусть / / |
|
и j 2 |
|
- |
два |
различных индекса |
множества |
Ѵ.0) а |
|||||||||||||||||
Kj\ |
и Kj2 |
- |
соответствующие |
им комплексы. В силу |
леммы 7 .3 |
име |
||||||||||||||||||||
ем |
Л), |
П Kjz ~ F |
Ф. |
|
Пусть |
зсп х г , х 3 , Х4 |
- |
вершины грани |
F . |
|||||||||||||||||
Докажем, |
что |
Х0 |
|
|
, х 3 , Х4 1 . |
Разрезы |
Ujf |
и |
Uj2 |
1 |
очевид |
|||||||||||||||
но, |
|
разбивают |
граф 6 |
|
на четыре |
компоненты, |
пусть |
это |
|
будут Git |
||||||||||||||||
|
|
|
|
причем |
а^-eéV |
, |
|
і |
= 1 , 2 , 3 , 4 . Для |
любой вершиныд> |
||||||||||||||||
компоненты |
|
, |
5 / 7 |
|
|
справедливо |
соотношение |
|
F (х$) у F(x-). |
|||||||||||||||||
В самом деле, |
пусть |
( uLf, ui s , . . . t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* J - |
|||||||||||||
кратчайгаал цепь, |
соединяющая |
|
x s |
и |
|
В силу |
теоремы |
*’ |
I |
любой |
||||||||||||||||
paspes |
Uj , |
определяемый |
ребром |
|
, /4 té- к |
, |
|
не |
|
совпадает |
||||||||||||||||
ни с каким из разрезов |
Uji |
и Uj2 . На основании |
теоремы |
|
5 .3 |
|||||||||||||||||||||
комплекс |
Kj |
|
пересекает |
не |
более |
одного |
из |
комплексов |
Kjf |
и |
||||||||||||||||
Kj2 |
|
со |
грани |
из Ф. |
|
Следовательно, |
неравенство |
|
F (x $ )> |
F(xi) |
устанавливается аналогично тому, как это сделано при доказатель
стве |
леммы 7 . 2 , Из |
леммы 7.1 |
немедленно |
получим равенства |
F(xf)- |
|||||||||||||
-FlQ-FCZj) = F ( X j ) . |
|
Таким |
—образом, |
теорема |
7 .1 |
доказана. |
||||||||||||
|
Приступим теперь к формулировке и доказательству одного из |
|||||||||||||||||
ооновпых |
предложений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
2 . Пусть |
G~(X,U) |
- |
граф рассматриваемого класса К,Ѵ ~ |
||||||||||||||
~ множество |
индексов,. определяющих классы |
эквивалентности |
||||||||||||||||
U(,U2 ,...,Un множества |
ребер |
U |
, р(х) |
|
- положительная |
дейст |
||||||||||||
вительная функция, |
определенная на X |
, |
х к |
- |
фиксированная |
|||||||||||||
вершина графа |
G |
, |
а Rn и |
Rm - |
линейные |
пространства |
соот |
|||||||||||
ветственно |
размерностям |
П |
и т . Теперь вершине |
х к ^ Х |
со |
|||||||||||||
поставим |
|
отображения |
|
|
R п |
и |
|
ß K - t / ~ ^ ~ R rn |
по |
ниже |
||||||||
следующим правилам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
С - |
|
|||||
|
Пусть X-L |
- |
произвольная вершина |
графа |
, |
а |
любая |
|||||||||||
цепь графа |
G |
, |
соединяющая |
вершины |
х к |
и |
. Полагаем, ык ( х - )= |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
т |
-=\Х\ t vpß |
t KiJ |
= |
0, |
если |
цепь |
||||
С |
содержит четное |
число |
ребер класса |
Uj, |
и |
|
= / , |
если |
||||||||||
цепь |
С |
содержит |
нечетное |
число |
ребер |
класса |
Uj , |
Далее |
иоло- |
38
*и& |
А |
(j) |
= |
( t JKV |
|
t t j , j = 1 . 2 ..........n. Введем |
число |
s { |
- |
||||||||||||||||||
|
p ( x L) ( i - 2 t 1K.), |
j ^ U . |
|
|
Обозначим |
через |
Тк |
множество |
всех |
||||||||||||||||||
точек ( г / |
г 2 |
|
|
|
г |
”) |
|
пространства R |
, |
координаты |
которых. |
||||||||||||||||
|
|
к |
1 ' к >■ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
удовлетворяют |
соотношениям |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
r J =< |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
если |
5 / < О ; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
если |
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S;' > о і |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
о |
|
|
или I |
(безразлично), |
еоли |
s i = o . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Обозначим |
через |
S* |
множество всех точек |
|
|
|
|
|
|
|
tim) . |
ПРО- |
|||||||||||||||
отранства |
R m, |
соответствующих таким индексам |
|
j , |
к , |
что |
Sst=‘K o . |
||||||||||||||||||||
Справедлива |
|
|
|
|
|
7 . 2 . Отображения |
<зск |
и ß |
x |
инъективныСт.е. |
|||||||||||||||||
|
Т е о р е м а |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
обладают |
тем свойством, |
что |
образы различных элементов раз |
|||||||||||||||||||||||
|
личны) |
и |
для |
любого |
|
к - |
і,2 |
, - . - , п 7 |
|
справедливы |
|
соотноше |
|||||||||||||||
|
ния: |
|
|
|
|
|
|
\ык(Х0 |
)\=2ІЫѴ°)і, ^ ( Г ,)= Х 0 |
, ^ ( 5 |
, ) = V 0 . |
||||||||||||||||
|
Д |
о |
к |
а |
з а т е л ь с т в о |
|
Для |
каждого |
у |
<£ Rn |
поло- |
||||||||||||||||
жим ЦуІj - t t |
|
ly-'I- |
|
Через |
|
R * |
обозначим |
полученное |
|
указанным |
|||||||||||||||||
образом |
нормированное |
пространство. Пусть |
Р п= { у |
■ O é y é d j , |
|||||||||||||||||||||||
j = |
1 ,2 ,..., n j |
|
- |
параллелепипед пространства |
R ” , |
а |
Р0 |
и |
Pt |
||||||||||||||||||
соответственно множество нульмерных и одномерных |
граней |
|
этого |
||||||||||||||||||||||||
параллелепипеда. Тогда |
пара |
Р = (Pot Р/)/ |
очевидно,образует не |
||||||||||||||||||||||||
который граф. Рассмотрим гомеоморфноѳ вложение. |
|
•' G —»- Р |
|||||||||||||||||||||||||
графа G в граф Р, определенное |
соотношениями: |
а) |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
~@t |
, |
&2 |
t j-j' , . . . . otn t %^ ) j |
6 |
)Гк (и |
=(X/<, 2 |
LS)) - |
(?K (х р ) , |
|||||||||||||||||||
K(xs )), r , s = |
|
/,2 |
,.~,л?Рбо значим через |
H ~ (Y ,Y ) |
|
образ |
графа 6 - |
||||||||||||||||||||
= (X ,U ) |
при |
|
указанном гомеоморфизме. В силу теоремы 6 . 1 , |
оче |
|||||||||||||||||||||||
видно, между метрическими графами G - ( X , U ) |
и |
H = (Y,V ),YC P |
|||||||||||||||||||||||||
установлен, |
|
таким образом, |
метрический |
изоморфизм |
[ іо ] |
; |
обоз |
||||||||||||||||||||
начим его тем же символом |
V*-. Заметим, |
|
что |
|
( х к ) - |
(о,О,. -, о). |
|||||||||||||||||||||
Далее, |
на множестве |
Y |
"введем |
действительную |
|
положительную |
|||||||||||||||||||||
функцию |
р \ |
|
|
полагая для |
любого |
|
|
Yf |
что |
р ' ( у ) ~ р ( х ) , у - % ( х ) . |
|||||||||||||||||
Теперь |
рассмотрим |
задачу |
R f |
Р |
Y . |
На основе |
результатов |
пер |
|||||||||||||||||||
вой |
главы множество решений |
Y |
этой |
задачи |
представляет |
|
собою |
||||||||||||||||||||
некоторую |
|
t -мерную грань |
Рх |
параллелепипеда |
Р п, |
|
|
|
п. |
||||||||||||||||||
Покажем, |
что |
|
t |
удовлетворяет |
неравенству |
0 & t ^ 2 |
|
. |
Дейст |
||||||||||||||||||
вительно, |
пусть |
|
Vj = Ук ( Uj) , у е |
21. |
|
Тогда,в сиду свойств Ѵк '■ |
|||||||||||||||||||||
G —- |
И, |
множество ребер |
|
V/ |
графа |
И |
|
представляет |
некоторый |
||||||||||||||||||
разрез |
графа |
|
У, |
причем компоненты связности |
H j |
и |
|
|
графаHj~ |
39