- •Міністерство Освіти і Науки України Національний Університет “Львівська Політехніка”
- •Навчальний посібник
- •Елементи теорії множин Вступ
- •Операції над множинами
- •Алгебра множин
- •Відображення Визначення і приклади
- •Деякі часткові випадки
- •Ін’єктивні, сюр’єктивні та бієктивні відображення
- •Композиція відображень
- •Відношення
- •Відношення еквівалентності
- •Фактор-множина
- •Рівнопотужні множини
- •Зчисленні множини
- •Потужність континууму
- •Приклади розв’язання типових задач
- •Елементи абстрактної алгебри
- •Алгебраїчні операції
- •Півгрупи
- •Кільця та поля
- •Гомоморфізми та ізоморфізми алгебр
- •Приклади розв’язування задач
- •Елементи теорії графів
- •1. Вступ
- •2. Основні поняття і операції
- •2.1. Визначення графу
- •2.2. Зображення графів
- •2.3. Способи задання графів
- •2.4. Степінь вершини графа
- •2.5. Частини, суграфи і підграфи графу.
- •3. Маршрути, ланцюги і цикли
- •3.1. Деякі визначення
- •3.2. Зв’язаність
- •3.3. Відстань, діаметр, радіус і центр графу
- •3.4 Алгоритм Дейкстри
- •3.5. Задача про ланцюги
- •3.6. Гамільтонові цикли
- •4. Деякі класи графів
- •4.1. Дерева
- •4.2. Двочасткові графи
- •5. Плоскі та планарні графи
- •6. Розфарбування графів
- •Список літератури
3.6. Гамільтонові цикли
Визначення. Гамільтонів цикл – це цикл, який проходить по кожній вершині графа і рівно один раз.
До знаходження гамільтонового циклу приводить, наприклад, задача комівояжера: деякий район містить пеану кількість міст, які повинен обійти комівояжер. Відомі відстані між всіма містами. Необхідно знайти найкоротший шлях, який проходить через всі міста і повертається в початковий пункт.
Незважаючи на подібність у формулюванні для ейлерових і гамільтонових циклів, відповідні теорії мають мало спільного. Критерій існування ейлеревих циклів був встановлений достатньо просто; для гамільтонових циклів ніякого загального правила невідомо. Більше того, для конкретних графів іноді тяжко встановити, чи існує взагалі такий цикл. Тому обмежимось одним критерієм.
Твердження. (Дірак). Якщо в графіG(V) зnвершинами для довільної вершиниv V : (v) n / 2, то в графі існує гамільтонів цикл.
На закінчення зауважимо, що є різні задачі пошуку маршрутів у графі:
- з’ясування чи граф є ейлеревим та знаходження відповідного ейлеревого циклу
- знаходження найменшої кількості ланцюгів, які не мають спільних ребер та покривають увесь граф
- з’ясування чи граф є гамільтоновим
- знаходження маршрут, що зв’язує дві довільні задані вершини
- знайти найкоротший шлях з однієї заданої вершини в іншу задану вершину (зокрема для зважених графів)
4. Деякі класи графів
4.1. Дерева
Дерева це особливий і дуже важливий клас графів. Особлива роль дерев визначається як широким їхнім застосуванням у різних галузях науки і практики, так і тим особливим положенням, яке дерева займають у самій теорії графів. Останнє випливає з граничної простоти будови дерев. Часто при розв’язуванні різних задач теорії графів їхнє дослідження починають з дерев. Зокрема, порівняно нескладною є проблема перевірки ізоморфності дерев.
Твердження 1. В дереві дві довільні вершини зв’язані єдиним ланцюгом (інакше був би цикл).
Твердження 2.Довільний ланцюг у дереві є простим.
Визначення. У довільному графіGвершинаvназивається кінцевою, якщо(v) = 1, тобто існує одне ребро, інцидентне вершиніv, і це ребро називається кінцевим.
Твердження 3. У дереві є хоча б дві кінцеві вершини.
Розглянемо дерево Gі виберемо довільну вершинуv0. Кожному ребруe = (a, b) зіставимо той кінець, який більш віддалений відv0(оскільки в дереві всі ланцюги є простими, то від довільної вершини доv0веде лише один ланцюг).
Твердження 4.Для дерева виконується рівністьvV – vE = 1 (vV - кількість вершин,vE - кількість ребер).
Твердження 5. У дереві кожне ребро суттєве (його вилучення веде до порушення зв’язаності графа).
Визначення. В довільному скінченному зв’язаному графіGциклічний ранг:
(G) = vE ‑ vV + 1.
Твердження. Для довільного скінченного зв’язаного графаGциклічний ранг
(G) 0
і дорівнює кількості ребер, які необхідно вилучити з Gдля того, щоб отримати дерево (скелет графа).
Для дерев (G) = 0.
Дерева використовують для розв’язання такої задачі: необхідно з’єднати „n” міст залізничною колією таким чином, щоб не будувати зайвих ліній. При цьому вважається відомим вартість будівництва колії між двома довільними містами. Таким чином, необхідно побудувати зв’язний графG, який містить всі задані вершини і для якого повна вартість була б найменшою. Очевидно, що графG- дерево.
Алгоритм розв’язання.
Вибираємо ребро eiз найменшою вартістю. Отримаємо графA1 = {e1}. На кожному наступному кроці доAi ‑ 1додаємо ребро, яке має найменшу вартість серед тих, що залишились, і таке, що графAi = Ai ‑ 1 {ei} не має циклів. Останній граф An ‑ 1 = Gі є шуканим.