TEORIA GRAFÓW I SIECI

Podobne dokumenty
TEORIA GRAFÓW I SIECI

TEORIA GRAFÓW I SIECI

TEORIA GRAFÓW I SIECI

TEORIA GRAFÓW I SIECI

Teoria grafów podstawy. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

TEORIA GRAFÓW I SIECI

Przykłady grafów. Graf prosty, to graf bez pętli i bez krawędzi wielokrotnych.

Matematyka dyskretna

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

Wyznaczanie optymalnej trasy problem komiwojażera

Sortowanie topologiczne skierowanych grafów acyklicznych

Reprezentacje grafów nieskierowanych Reprezentacje grafów skierowanych. Wykład 2. Reprezentacja komputerowa grafów

Matematyczne Podstawy Informatyki

Niektóre własności 1-diagnozowalnych struktur typu PMC

G. Wybrane elementy teorii grafów

Marek Miszczyński KBO UŁ. Wybrane elementy teorii grafów 1

MATEMATYKA DYSKRETNA - MATERIAŁY DO WYKŁADU GRAFY

Matematyczne Podstawy Informatyki

Algorytmy grafowe. Wykład 1 Podstawy teorii grafów Reprezentacje grafów. Tomasz Tyksiński CDV

Czy istnieje zamknięta droga spaceru przechodząca przez wszystkie mosty w Królewcu dokładnie jeden raz?

Suma dwóch grafów. Zespolenie dwóch grafów

Złożoność obliczeniowa klasycznych problemów grafowych

Grafy i Zastosowania. 9: Digrafy (grafy skierowane) c Marcin Sydow

Struktury danych i złożoność obliczeniowa Wykład 5. Prof. dr hab. inż. Jan Magott

Podstawowe własności grafów. Wykład 3. Własności grafów

Algorytmiczna teoria grafów

Graf. Definicja marca / 1

Opracowanie prof. J. Domsta 1

a) 7 b) 19 c) 21 d) 34

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

Struktury danych i złożoność obliczeniowa Wykład 7. Prof. dr hab. inż. Jan Magott

Modele całkowitoliczbowe zagadnienia komiwojażera (TSP)

Porównanie algorytmów wyszukiwania najkrótszych ścieżek międz. grafu. Daniel Golubiewski. 22 listopada Instytut Informatyki

Drzewa spinające MST dla grafów ważonych Maksymalne drzewo spinające Drzewo Steinera. Wykład 6. Drzewa cz. II

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

0. ELEMENTY LOGIKI. ALGEBRA BOOLE A

SPÓJNOŚĆ. ,...v k. }, E={v 1. v k. i v k. ,...,v k-1. }. Wierzchołki v 1. v 2. to końce ścieżki.

E: Rekonstrukcja ewolucji. Algorytmy filogenetyczne

Wybrane podstawowe rodzaje algorytmów

Wykład 4. Droga i cykl Eulera i Hamiltona

Droga i cykl Eulera Przykłady zastosowania drogi i cyku Eulera Droga i cykl Hamiltona. Wykład 4. Droga i cykl Eulera i Hamiltona

Digraf. 13 maja 2017

Grafy dla każdego. dr Krzysztof Bryś. Wydział Matematyki i Nauk Informacyjnych Politechnika Warszawska.

Wykłady z Matematyki Dyskretnej

Teoria grafów dla małolatów. Andrzej Przemysław Urbański Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Ogólne wiadomości o grafach

O relacjach i algorytmach

Programowanie dynamiczne

Plan wykładu. Przykład. Przykład 3/19/2011. Przykład zagadnienia transportowego. Optymalizacja w procesach biznesowych Wykład 2 DECYZJA?

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, B/14

Matematyczne Podstawy Informatyki

Zagadnienie transportowe (badania operacyjne) Mgr inż. Aleksandra Radziejowska AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

domykanie relacji, relacja równoważności, rozkłady zbiorów

Grafy. Jeżeli, to elementy p i q nazywamy końcami krawędzi e. f a b c d e γ f {1} {1,2} {2,3} {2,3} {1,3}

KURS MATEMATYKA DYSKRETNA

Grafy i Zastosowania. 5: Drzewa Rozpinające. c Marcin Sydow. Drzewa rozpinające. Cykle i rozcięcia fundamentalne. Zastosowania

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

PROGRAMOWANIE SIECIOWE. METODA ŚCIEŻKI KRYTYCZNEJ

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Kolorowanie wierzchołków grafu

Planowanie przedsięwzięć

Grafy (3): drzewa. Wykłady z matematyki dyskretnej dla informatyków i teleinformatyków. UTP Bydgoszcz

Teoria grafów - Teoria rewersali - Teoria śladów

6. Wstępne pojęcia teorii grafów

Wykład 8. Drzewo rozpinające (minimum spanning tree)

Kolorowanie wierzchołków Kolorowanie krawędzi Kolorowanie regionów i map. Wykład 8. Kolorowanie

Wykład 10 Grafy, algorytmy grafowe

Egzaminy i inne zadania. Semestr II.

MATEMATYKA DYSKRETNA - KOLOKWIUM 2

Segmentacja obrazów cyfrowych z zastosowaniem teorii grafów - wstęp. autor: Łukasz Chlebda

Digraf o V wierzchołkach posiada V 2 krawędzi, zatem liczba różnych digrafów o V wierzchołkach wynosi 2 VxV

Drzewa. Jeżeli graf G jest lasem, który ma n wierzchołków i k składowych, to G ma n k krawędzi. Własności drzew

Harmonogramowanie przedsięwzięć

Ścieżki w grafach. Grafy acykliczne i spójne

Algorytmika Problemów Trudnych

Matematyka dyskretna - 5.Grafy.

O ALGORYTMACH BADANIA WŁASNOŚCI RELACJI

E ' E G nazywamy krawędziowym zbiorem

Techniki optymalizacji

MODELE SIECIOWE 1. Drzewo rozpinające 2. Najkrótsza droga 3. Zagadnienie maksymalnego przepływu źródłem ujściem

Algorytmy grafowe. Wykład 2 Przeszukiwanie grafów. Tomasz Tyksiński CDV

Teoria automatów i języków formalnych. Określenie relacji

Algorytmy i Struktury Danych.

LABORATORIUM 7: Problem komiwojażera (TSP) cz. 2

6a. Grafy eulerowskie i hamiltonowskie

Rozważmy funkcję f : X Y. Dla dowolnego zbioru A X określamy. Dla dowolnego zbioru B Y określamy jego przeciwobraz:

Matematyka dyskretna - 7.Drzewa

Elementy teorii grafów Elementy teorii grafów

Algorytmy z powracaniem

Programowanie dynamiczne i algorytmy zachłanne

SKOJARZENIA i ZBIORY WEWN. STABILNE WIERZCH. Skojarzeniem w grafie G nazywamy dowolny podzbiór krawędzi parami niezależnych.

10. Kolorowanie wierzchołków grafu

Ilustracja S1 S2. S3 ściana zewnętrzna

Algorytmy i Struktury Danych.

Relacje binarne. Def. Relację ϱ w zbiorze X nazywamy. antysymetryczną, gdy x, y X (xϱy yϱx x = y) spójną, gdy x, y X (xϱy yϱx x = y)

Podstawowe pojęcia dotyczące drzew Podstawowe pojęcia dotyczące grafów Przykłady drzew i grafów

Zagadnienie transportowe

Zofia Kruczkiewicz, Algorytmu i struktury danych, Wykład 14, 1

Algorytmy genetyczne

AiSD zadanie trzecie

Transkrypt:

TEORIA GRAFÓW I SIECI Temat nr : Grafy Berge a dr hab. inż. Zbigniew TARAPATA, prof. WAT e-mail: zbigniew.tarapata@wat.edu.pl http://tarapata.edu.pl tel.: 6-83-95-0, p.5/00 Zakład Badań Operacyjnych i Wspomagania Decyzji Instytut Systemów Informatycznych Wydział Cybernetyki, Wojskowa Akademia Techniczna

Rodzaj grafów Berge a W, U W, W, G.B. zwrotny: x x x W G.B. symetryczny: y x x y x, yw G.B. przeciwsymetryczny: y x x y x, yw G.B. antysymetryczny:, y x x y x y x y W G.B. przechodni: y x, y, zw x z y z x G.B. przeciwprzechodni: y x y z W,,

Dendryt - graf Berge a o własnościach:. Rodzaj grafów Berge a x W : x, x0 korzeń pradrzewo x x0 Antydendryt- graf Berge a o własnościach:. x x W : x, antykorzeń. x0. x antydrzewo xx 0 Zbiór wewnętrznie stabilny SW: x S xs Zbiór zewnętrznie stabilny TW: x T xw \ T Jądro zbiór wewnętrznie i zewnętrznie stabilny 3

Algorytm wyznaczania wszystkich minimalnych zbiorów zewnętrznie stabilnych T W jest zbiorem zewn. stab. T W gdzie xx W x xw x

Algorytm wyznaczania wszystkich minimalnych zbiorów zewnętrznie stabilnych. Utworzyć n T x x, x,, x B bij nxn gdzie:, gdy x bij 0, gdy x. Skonstruować WAK: n n b ij x i j i i i W W x j x j 3. Przekształcić WAK do mfa: k n X k. Do zbioru zewnętrznie stabilnego należą wierzchołki odpowiadające wszystkim zmiennym występującym w iloczynie. Liczba iloczynów = liczba minimalnych zbiorów zewnętrznie stabilnych. n 5

Zbiory zewnętrznie i wewnętrznie stabilne, jądra JW jądro J max. z.wewn. stab. J min. z. zewn. stab. Każdy maksymalny zbiór wewnętrznie stabilny digrafu symetrycznego jest jego jądrem. Każdy minimalny zbiór zewnętrznie stabilny digrafu przechodniego jest jego jądrem. Każdy digraf bez dróg cyklicznych ma dokładnie jedno jądro. UWAGA: nie wszystkie grafy mają jądra. 6

G- acykliczny (w sensie dróg) G 0 Silna spójność grafu Graf jest silnie spójny istnieje droga z x do y x, yw Macierz osiągalności: gdzie: gdzie: D d ij G ij d nxn, gdy istnieje droga z x i do x 0 w przeciwnym przypadku. n k G b G D P k0 Pb G - binarna macierz przejść grafu G. j Każdy maksymalny zbiór wierzchołków, którym odpowiadają identyczne wiersze macierzy osiągalności, tworzy maksymalną składową silnej spójności grafu. 7

Algorytm wyznaczania wszystkich maksymalnych składowych silnej spójności (LEIFMANA) x G W,, s x x, x x x, - cechy, S rodzina maksymalnych składowych silnej spójności.. Jeżeli x x 0, tox S s G W \ x,. 0 s oraz tworzymy podgraf Postępowanie kontynuujemy dokąd jest to możliwe. Otrzymamy podgraf s 0 0 0 G W,.. Wszystkie wierzchołki z W cechujemy cechą 0,0. Wybieramy dowolny x 0 0 W. 0 Każdemu y x nadajemy y. Każdemu y x, dla którego x, nadajemy y. Postępowanie kontynuujemy dokąd jest to możliwe. Każdemu y y 0 x nadajemy y. Każdemu y x, dla którego x 0 W W W 00 0 W 0 W W W Jeżeli W, to 0 S; : \ x 0 x W 00 W 00., nadajemy. Postępowanie kontynuujemy dokąd jest to możliwe. Otrzymujemy podział: 3. Jeżeli, to S i przechodzimy do pkt... Jeżeli istnieją zapamiętane niepuste podzbiory zbioru wierzchołków, to dowolny z nich podstawiamy jako W 0 0 0 0, tworzymy podgraf G W, i przechodzimy do pkt.. 3 5 S={{5}, {, }, {3, }} 8

Przeszukiwanie grafu 9

Przeszukiwanie grafu Przykład przeszukiwania wszerz 0 3 0 3 0 3 5 6 5 6 5 6 Q Q 5 3 Q 6 0 3 3 3 0 0 0 5 6 5 6 5 6 Q 5 Q 3 6 Q 6 0

Przeszukiwanie grafu

Przeszukiwanie grafu

Silnie spójne składowe inaczej Transpozycja grafu skierowanego G, T w którym, :, U v u W W u v U T W U : taki graf G W, U T, 3

Podział warstwowy grafu Digraf bez pętli nie zawiera dróg cyklicznych wszystkie jego maksymalne składowe silnej spójności są jednowierzchołkowe. Warstwy digrafu: W W k 0, K k. x W x W 0 :. k 3. k! Tylko dla digrafów acyklicznych x W k x W W W 0 0 k x W k 0 x W k 5 7 3 W W W W W W 0 3 5 6

Algorytm wyznaczania warstw digrafu P b G p ij nxn - binarna macierz przejść. Do W0 zaliczamy wierzchołki, którym odpowiadają zerowe kolumny macierzy Pb(G), k:=.. Wykreślamy z G Pb zerowe kolumny i wiersze o numerach wykreślonych kolumn. Wykreślono wszystko KONIEC. 3. Do Wk zaliczamy wierzchołki, którym odpowiadają zerowe kolumny; k:=k+ i przechodzimy do pkt.. Własności warstwowej reprezentacji digrafu: Wk tworzy podgraf pusty, k, K ; Wk, k, K ; Długość najdłuższej drogi prostej w digrafie acyklicznym = K. 5

Sortowanie topologiczne grafu 6

Sortowanie topologiczne grafu Jak posortować graf topologicznie wykorzystując warstwową reprezentację grafu? 7

Graf Hertz a G H grafu G W, U : Graf Hertz a gdzie: H G S, S zbiór wszystkich maksymalnych składowych silnej spójności, S S x S y S oraz I II, S, S S II I I II Graf H(G) jest digrafem przeciwsymetrycznym, acyklicznym w sensie dróg. WNIOSEK: Graf H(G) można przedstawić warstwami. x y U 8

Graf Hertz a, drogi Hamiltona i Eulera G zawiera drogę Hamiltona H(G) zawiera drogę Hamiltona każda warstwa grafu H(G) jest jednowierzchołkowa. W digrafie istnieje droga cykliczna Eulera s x s x. W digrafie istnieje droga Eulera łącząca x0 z y0 (x0 y0) 0, 0 xw 0 0 0 0 s x s x s x s x s y s y xx y G przeciwsymetryczny digraf s x s x n istnieje w G droga Hamiltona. x W 9

Graf Hertz a, drogi Hamiltona W digrafie acyklicznym istnieje droga Hamiltona wszystkie warstwy digrafu są jednowierzchołkowe. Digraf pełny jest silnie spójny i zawiera cykliczną drogę Hamiltona. G digraf silnie spójny bez pętli i x x n xw w G istnieje droga cykliczna Hamiltona. 0

Cykl, droga Hamiltona - zastosowanie Przykładowy cykl Hamiltona w grafie dwunastościanu foremnego Przykładowy cykl Hamiltona w grafie Mycielskiego PRZYKŁAD wykorzystania cyklu Hamiltona Problem komiwojażera (TSP - ang. traveling salesman problem) polega na znalezieniu minimalnego cyklu Hamiltona w pełnym grafie ważonym. Nazwa pochodzi od typowej ilustracji problemu, przedstawiającej go z punktu widzenia wędrownego sprzedawcy (komiwojażera): dane jest n miast, które komiwojażer ma odwiedzić, oraz odległość pomiędzy każdą parą miast. Należy znaleźć najkrótszą trasę zaczynającą się w jednym z miast X, przechodzącą jednokrotnie przez wszystkie pozostałe miasta i wracającą do X.

Algorytm wyznaczania drogi Hamiltona. Wyznaczamy wszystkie składowe silnej spójności grafu G i tworzymy graf H(G).. Wyznaczamy warstwy H(G). Jeżeli są one jednowierzchołkowe, to tworzą drogę Hamiltona w H(G). Jeżeli nie to taka droga nie istnieje KONIEC. 3. Tworzymy graf częściowy grafu G pozostawiając wszystkie składowe silnej spójności oraz łuki odpowiadające sąsiednim składowym silnej spójności występującym w drodze Hamiltona grafu H(G).. Spośród łuków pozostawionych i łączących składowe silnej spójności wybieramy takie, aby w tych składowych istniały nadające się do połączenia drogi Hamiltona. Jeżeli nie jest to możliwe, to w G nie istnieje droga Hamiltona.

Przykład zastosowania algorytmu wyznaczania drogi Hamiltona G: 3 6 8 0 5 7 9 S S 5 S3 S S H(G): S S S5 S3 S 3 6 8 0 5 7 9 3

Zakład Badań Operacyjnych i Wspomagania Decyzji Instytut Systemów Informatycznych Wydział Cybernetyki, Wojskowa Akademia Techniczna DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ dr hab. inż. Zbigniew TARAPATA, prof. WAT e-mail: zbigniew.tarapata@wat.edu.pl http://tarapata.edu.pl