图论 图基本概念 .pptx
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1、3 3、邻接、邻接 (1)(1)边的相邻边的相邻:e ek k,e el lEE若若e ek k与与e el l至少有一个公共端点,则称至少有一个公共端点,则称e ek k与与e el l是是相邻的相邻的 (2)(2)顶点的相邻顶点的相邻:若若 e et tEE,使得,使得e et t=vi=vj,并称并称vivi邻接到邻接到vjvj,vjvj邻接于邻接于vi vi 两个结点为一条边的端点,则称两个结点两个结点为一条边的端点,则称两个结点互为邻接点互为邻接点4 4、平行边:、平行边:在无向图中,关联一对顶点的无向边如果多于在无向图中,关联一对顶点的无向边如果多于1 1条,则称这些边为平条,则称
2、这些边为平行边,平行边的条数称为重数行边,平行边的条数称为重数 在有向图中,关联一对顶点的有向边如果多于在有向图中,关联一对顶点的有向边如果多于1 1条,并且这些边的条,并且这些边的始点与终点相同始点与终点相同(也就是它们的方向相同也就是它们的方向相同),则称这些边为平行边,则称这些边为平行边 5 5、多重图和简单图:含平行边的图称为多重图、多重图和简单图:含平行边的图称为多重图 既不含平行边也不含环的图称为既不含平行边也不含环的图称为简单图简单图二、结点的度结点的度 1 1)定义)定义4 4 设设G GVE为无向图,为无向图,v Vv V,称,称v v作为边的端点次数之作为边的端点次数之和和
3、为为v v的度数,简记为度记作的度数,简记为度记作d d G G(v)(v),简记为简记为d(v)d(v)即为:结点即为:结点v v 所关联的边的总条数所关联的边的总条数 关于有向图关于有向图D DV E 有:有:v Vv V,称,称v v 作为边的作为边的始点的次数之和始点的次数之和为为v v的出度,记作的出度,记作d d+(v)(v),称称v v作为边的终点的次数之和为作为边的终点的次数之和为v v的入度,记作的入度,记作d d-(v)(v),称称d d+(v)+d(v)+d-(v)(v)为为 v v的度数,记作的度数,记作d(v)d(v)2)度为偶数度为偶数(奇数奇数)的顶点称为的顶点称
4、为偶度偶度(奇度奇度)顶点顶点 第1页/共21页3 3、握手定理(欧拉)、握手定理(欧拉)1)1)定理定理1 1 设设G G为任意无向图为任意无向图,V,Vvv1 1,v v2 2,v vn n,E E =m m,则则 d(vd(vi i)2 m (2 m (所有结点的度数值和为边数的所有结点的度数值和为边数的2 2倍倍)2)2)定理定理2 2 设设D D为任意有向图为任意有向图,V,Vvv1 1,v v2 2,v vn n,|E|=m,|E|=m,则则 d d+(v(vi i)d d-(v(vi i)=m)=m 且且d(vd(vi i)2 m2 m3)3)推论推论 任何图任何图(无向的或有向
5、的无向的或有向的)中,中,奇度顶点的个数是偶数奇度顶点的个数是偶数4)4)结点的度数序列结点的度数序列 (1)(1)设设G GVE为一个为一个n n阶无向图,阶无向图,V Vvv1 1,v v2 2,v vn n 称称d(vd(v1 1),d(vd(v2 2),d(vd(vn n)为为G G的度数列的度数列 条件:条件:奇度数奇度数的结点个数应该是的结点个数应该是偶数个偶数个 (2 2)序列的可图化:)序列的可图化:d=(dd=(d1 1,d,d2 2,d dn n)对一个整数序列对一个整数序列d,d,若存在以若存在以n n个顶点的个顶点的n n阶无向图阶无向图G G,有,有d(vd(vi i
6、)=d)=di i 称该序列是可图化的称该序列是可图化的(3 3)定理)定理 设非负整数列设非负整数列d d(d1(d1,d2d2,dn)dn),则,则d d是可图化的当是可图化的当且仅当且仅当 d di i=0(mod 2)=0(mod 2)(序列之和必须是偶数序列之和必须是偶数)(4 4)由于简单图中没有平行边及环)由于简单图中没有平行边及环 结论:结论:n n个结点的个结点的简单图简单图中结点的最大中结点的最大度数(度数(G)G))应小于等)应小于等于于n-1n-1 每个结点至多与其他每个结点至多与其他n-1n-1个结点相邻个结点相邻第2页/共21页三、图的同构三、图的同构定义定义 设设
7、G1G1Vl E1,G2=V2G2=E2为两个无向图为两个无向图(两个有向图两个有向图),若存在双射函数若存在双射函数f f:V1 V2 V1 V2 顶点的一一对顶点的一一对应应 对于对于 vivi,vjV1vjV1,(vi(vi,vj)E1(vivj)E1(E1)vj E1)当且仅当当且仅当(f(vi)(f(vi),f(vj)E2(f(vi)f(vj)E2(E2)f(vj)E2),边的边的对应对应 并且并且(vi(vi,vj)vj)()()与与(f(vi),f(vj(f(vi),f(vj)()()的重数的重数相同相同,则称则称G1G1与与G2G2是同构的,记作是同构的,记作Gl Gl G2
8、G2 注:注:1)1)互为互为同构的两个图(必要条件)同构的两个图(必要条件)有有相同样的阶数相同样的阶数(结点)和(结点)和同样数量的边数同样数量的边数及顶点的及顶点的度数序列度数序列 2)2)图之间的图之间的同构关系同构关系可看成全体图集合上的二元关系可看成全体图集合上的二元关系 同构的图为一个等价类,在同构的图为一个等价类,在同构的意义之下都可以看成是一个图。同构的意义之下都可以看成是一个图。第3页/共21页四、特殊图完全图与正则图四、特殊图完全图与正则图 1 1)完全图)完全图 定义定义 设设G G为为n n阶无向简单图,若阶无向简单图,若G G中每个顶点均与其余的中每个顶点均与其余的
9、n n1 1个顶点个顶点相邻,则称相邻,则称G G为为n n阶无向完全图,简称阶无向完全图,简称n n阶完全图阶完全图,记作,记作KnKn(n1)(n1)设设D D为为n n阶有向简单图,若阶有向简单图,若D D中每个顶点都中每个顶点都邻接到邻接到其余的其余的n n1 1个个顶点,又顶点,又邻接于邻接于其余的其余的n n1 1个顶点,则称个顶点,则称D D是是n n阶阶有向完全图有向完全图 可画图表示可画图表示(无向图(无向图K K3 3,K,K4 4,K,K5 5、有向图、有向图3 3阶)阶)2)2)完全图的性质:完全图的性质:n n阶无向完全图阶无向完全图G G的边数与结点的关系的边数与结
10、点的关系 m=m=n(n-1)/2n(n-1)/2 n n阶有向完全图阶有向完全图G G的边数与结点的关系的边数与结点的关系 m=m=n(n-1)n(n-1)3)3)正则图正则图 定义定义 设设G G为为n n阶无向简单图,若阶无向简单图,若 v V(G)v V(G),均有,均有d(v)d(v)k k,则称则称G G为是为是 k-k-正则图正则图 k-k-正则图的正则图的边数与结点个数边数与结点个数的关系的关系 :m=k n/2m=k n/2 可画可画 3 3正则图和正则图和4 4正则图正则图第4页/共21页五、子图、生成子图、导出子图五、子图、生成子图、导出子图 1 1、定义、定义 设设G
11、GVE,G GV 为两个图为两个图(同为无向图或同为同为无向图或同为有向图有向图)若若V V V V 且且 E E E E ,则称则称G G是是G G的的子图子图,G G为为G G的母图的母图,记作记作G G G G,又又若若V V V V 或或 E E E E 则称则称G G为为G G的的真子图真子图 若若V VV (V (且且E E E)E)则称则称G G为为G G的的生成子图生成子图 2 2、设、设G GVE为图,为图,V1V1 V V 且且V1 V1 ,称以,称以V1V1为顶点集,以为顶点集,以G G中两个端中两个端点都在点都在V1V1中的边组成边集中的边组成边集E1E1的图为的图为G
12、 G的的V1V1导出的子图导出的子图,记作,记作GV1GV1 可画图表示可画图表示 G G 及及 G GV1V1 (由(由部分结点导出的子图)部分结点导出的子图)又设又设E1 E1 E E且且 E1 E1 ,称以,称以 E1E1为边集,以为边集,以E1E1中边关联的顶点为中边关联的顶点为顶点集顶点集V1V1的图为的图为G G的的E1E1导出的子图导出的子图,记作,记作GE1GE1 (由(由部分边部分边导出导出的子图的子图)3 3、补图、补图 1 1)定义)定义 设设G G VE 为为n n阶无向简单图,阶无向简单图,图图G G V 以以V V为顶点集为顶点集 以以E E=(u,v):u=(u,
13、v):u V V v vV V u uv v (u,v)(u,v)E E 为边的图为边的图 称为称为G G的补图的补图,记作,记作G G 2)自补图:若图)自补图:若图 G G(G G(同构同构)则称则称G G为自补图为自补图第5页/共21页14.2 14.2 通路、回路通路、回路一、通路与回路一、通路与回路1 1、通路、通路 1 1)定义:给定有向图)定义:给定有向图D D中的任何一个边序列中的任何一个边序列L L,如果其中的任何,如果其中的任何一条边的一条边的终点终点,都是继之出现的,都是继之出现的边边(如果存在的话如果存在的话)的始点,的始点,则称这样的边的则称这样的边的序列是图序列是图
14、G G的的通路。通路。若序列中若序列中首尾结点相同首尾结点相同,则称,则称L L为回路为回路 2 2)定义:有向图)定义:有向图D D中中边序列中的各条边全都是互不相同边序列中的各条边全都是互不相同的通路,称为的通路,称为简单简单通路通路 3 3)定义:有向图)定义:有向图D D中,序列中的中,序列中的每一个结点仅出现一次每一个结点仅出现一次的通路,称为的通路,称为初级初级通路通路 若序列中若序列中首尾结点相同首尾结点相同,则称通路为,则称通路为初级回路或圈初级回路或圈 4 4)定义:序列中)定义:序列中边的条数边的条数称为它的称为它的长度长度2 2、简单通路和初级通路的关系、简单通路和初级通
15、路的关系 有向图中的每一条有向图中的每一条初级通路初级通路,也都,也都必定是简单通路必定是简单通路。反之不成立反之不成立 回路也可分为简单回路和初级回路。回路也可分为简单回路和初级回路。3 3、通路的表示:可仅用通路中的、通路的表示:可仅用通路中的边序列表示边序列表示:e e1 1e e2 2e ek k 也可仅用通路中所经过的也可仅用通路中所经过的结点的序列表示结点的序列表示:v v1 1v v2 2v v3 3v vk k 第6页/共21页4 4、性质:、性质:1 1)定理)定理 在在n n阶图阶图D D中,若从顶点中,若从顶点vivi到到vj(vivj)vj(vivj)存在通路存在通路,
16、则从,则从vivi到到vjvj存在长度小于或等于存在长度小于或等于(n(n1)1)的通路的通路 若大于若大于n-1n-1,则存在相同节点(有回路),将,则存在相同节点(有回路),将回路删去可回路删去可得得 2 2)在)在n n阶图阶图D D中,若从顶点中,若从顶点vivi到到vjvj存在通路存在通路,则,则vivi到到vjvj一定一定存在长度小存在长度小于或等于于或等于n n1 1的初级通路的初级通路(路径路径)3 3)定理)定理 在一个在一个n n阶图阶图D D中,若存在中,若存在vivi到自身的到自身的回路回路,则一定存在,则一定存在vivi到到自身长度自身长度小于或等于小于或等于n n的
17、回路的回路 4 4)在一个)在一个n n阶图阶图D D中,若存在中,若存在vivi到自身的到自身的简单回路简单回路,则一定,则一定存在长度小于存在长度小于或等于或等于n n的初级回路的初级回路 以上概念均可用在无向图以上概念均可用在无向图G G中中14.3 14.3 图的连通性图的连通性 一、无向图的连通性一、无向图的连通性 1 1、结点的连通:、结点的连通:设无向图设无向图G GVE,u,v Vu,v V,若,若u u,v v之间之间存在通路,则称存在通路,则称u,vu,v是连通的是连通的,记作,记作u u v v,u Vu V,规定,规定u uu u 2 2、结点的连通关系是等价关系结点的
18、连通关系是等价关系 若定义:若定义:u uv u,vVvV且且 u u与与v v之间有通路之间有通路 此关系是此关系是自反,对称的,传递的,自反,对称的,传递的,因而是因而是V V上的上的等价关系等价关系 第7页/共21页3 3、无向图的连通图、无向图的连通图 定义定义141413 13 若无向图若无向图G G是平凡图或是平凡图或G G中中任何两个顶点都是连通的任何两个顶点都是连通的,则称,则称G G 为连通图,为连通图,否则称否则称G G为非连通图或分离图(各子图为连通分支)为非连通图或分离图(各子图为连通分支)4 4、结点之间的距离、结点之间的距离 1 1)定义:设)定义:设u u,v v
19、为无向图为无向图G G中任意两个顶点中任意两个顶点 若若u u v v,称,称u u,v v之间长度最短的通路为之间长度最短的通路为u u,v v之间的短程线之间的短程线 短程线的长度称为短程线的长度称为u u,v v之间的之间的距离距离,记作,记作 d(ud(u,v)v)当当u u,v v不连通时,规定不连通时,规定d(ud(u,v)v)2 2)无向图结点的距离有以下性质:)无向图结点的距离有以下性质:1 1d(ud(u,v)0v)0,u=uu=u时,等号成立时,等号成立 2 2具有对称性:具有对称性:d(ud(u,v)v)d(vd(v,u)u)3 3满足三角不等式:满足三角不等式:u,v
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