Suma dwóch grafów. Zespolenie dwóch grafów

Podobne dokumenty
Matematyczne Podstawy Informatyki

Opracowanie prof. J. Domsta 1

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

Matematyka dyskretna

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

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, B/14

Matematyczne Podstawy Informatyki

Algorytmiczna teoria grafów

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

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

Wykład 4. Droga i cykl Eulera i Hamiltona

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

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

MATEMATYKA DYSKRETNA - MATERIAŁY DO WYKŁADU GRAFY

TEORIA GRAFÓW I SIECI

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

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

Graf. Definicja marca / 1

Grafy. Graf ( graf ogólny) to para G( V, E), gdzie:

1) Grafy eulerowskie własnoci algorytmy. 2) Problem chiskiego listonosza

E ' E G nazywamy krawędziowym zbiorem

Podstawowe własności grafów. Wykład 3. Własności grafów

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Digraf. 13 maja 2017

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Elementy teorii grafów Elementy teorii grafów

Algorytmy i Struktury Danych.

6. Wstępne pojęcia teorii grafów

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

6a. Grafy eulerowskie i hamiltonowskie

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

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /15

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

Kolorowanie wierzchołków

KURS MATEMATYKA DYSKRETNA

Matematyka dyskretna - 5.Grafy.

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

Matematyczne Podstawy Informatyki

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

G. Wybrane elementy teorii grafów

Grafy co o ich rysowaniu wiedzą przedszkolaki i co z tego wynika dla matematyków

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

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

Algorytmiczna teoria grafów

Ilustracja S1 S2. S3 ściana zewnętrzna

Algorytmika Problemów Trudnych

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

Wprowadzenie Podstawy Fundamentalne twierdzenie Kolorowanie. Grafy planarne. Przemysław Gordinowicz. Instytut Matematyki, Politechnika Łódzka

Wstęp do informatyki dr Adrian Horzyk, paw. H Wykład TEORIA GRAFÓW

Złożoność obliczeniowa klasycznych problemów grafowych

Matematyka dyskretna - 6.Grafy

Lista 4. Kamil Matuszewski 22 marca 2016

Sortowanie topologiczne skierowanych grafów acyklicznych

Wykłady z Matematyki Dyskretnej

Kombinowanie o nieskończoności. 2. Wyspy, mosty, mapy i kredki materiały do ćwiczeń

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

Teoria grafów. Magdalena Lemańska

Wprowadzenie do teorii grafów. Dr inż. Krzysztof Lisiecki

Marek Miszczyński KBO UŁ. Wybrane elementy teorii grafów 1

Wyznaczanie optymalnej trasy problem komiwojażera

Algorytmy z powracaniem

TEORIA GRAFÓW I SIECI

Algorytmy i Struktury Danych.

Wykłady z Matematyki Dyskretnej

MATEMATYKA DYSKRETNA - KOLOKWIUM 2

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}

Algorytm Dijkstry znajdowania najkrótszej ścieżki w grafie

Algorytm chińskiego listonosza Katarzyna Ignaszewska SPI51. Temat: Problem chińskiego listonosza, czyli jak obejść miasto najmniejszym nakładem sił.

c Marcin Sydow Spójno± Grafy i Zastosowania Grafy Eulerowskie 2: Drogi i Cykle Grafy Hamiltonowskie Podsumowanie

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, A/14

6d. Grafy dwudzielne i kolorowania

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

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

Matematyka dyskretna - 8. Egzaminy próbne. Uwaga! Niektórych z tych zadań nie obejmuje program dla studiów zaocznych - proszę się tym nie niepokoić -

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

Algorytmy Grafowe. dr hab. Bożena Woźna-Szcześniak, prof. UJD. Wykład 7,8,9. Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy im. Jana Długosza w Częstochowie

KURS MATEMATYKA DYSKRETNA

7. Teoria drzew - spinanie i przeszukiwanie

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

Ogólne wiadomości o grafach

Siedem cudów informatyki czyli o algorytmach zdumiewajacych

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

0. ELEMENTY LOGIKI. ALGEBRA BOOLE A

Konspekt. Piotr Chołda 12 października Podstawowe informacje nt. przedmiotu. Prowadzący przedmiot (wykład i egzamin):

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

Teoria grafów dla małolatów

E: Rekonstrukcja ewolucji. Algorytmy filogenetyczne

Kolorowanie wierzchołków grafu

Grafy i grafy skierowane. Izomorfizmy grafów

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

Szkoła Podstawowa nr 151 w Krakowie. Barbara Doncer

Algorytmy Równoległe i Rozproszone Część V - Model PRAM II

Rachunek podziałów i elementy teorii grafów będą stosowane w procedurach redukcji argumentów i dekompozycji funkcji boolowskich.

Kombinatoryczne problemy optymalizacyjne to problemy wyboru najlepszego rozwiązania z pewnego zbioru rozwiązań

Algebrą nazywamy strukturę A = (A, {F i : i I }), gdzie A jest zbiorem zwanym uniwersum algebry, zaś F i : A F i

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

Modele całkowitoliczbowe zagadnienia komiwojażera (TSP)

Minimalne drzewa rozpinające

Graf to nie tylko tytuł szlachecki

Programowanie sieciowe. Tadeusz Trzaskalik

Transkrypt:

Suma dwóch grafów G 1 = ((G 1 ), E(G 1 )) G 2 = ((G 2 ), E(G 2 )) (G 1 ) i (G 2 ) rozłączne Suma G 1 G 2 graf ze zbiorem wierzchołków (G 1 ) (G 2 ) i rodziną krawędzi E(G 1 ) E(G 2 ) G 1 G 2 G 1 G 2 Zespolenie dwóch grafów G 1 = ((G 1 ), E(G 1 )) G 2 = ((G 2 ), E(G 2 )) (G 1 ) i (G 2 ) rozłączne Zespolenie G 1 +G 2 bierzemy sumę G 1 G 2 i prowadzimy krawędzie z każdego wierzchołka (G 1 ) do każdego wierzchołka (G 2 ). G 1 G 2 G 1 +G 2 Barbara Głut 1

Odrzucanie Jeżeli e jest krawędzią grafu G, to G e jest grafem otrzymanym z G po odrzuceniu krawędzi e. Jeżeli v jest wierzchołkiem grafu G, to G v jest grafem otrzymanym z G po usunięciu z G wierzchołka v wraz z przyległymi do niego krawędziami. Ściągnięcie G \ e graf otrzymany w wyniku ściągnięcia krawędzi e i utożsamienia jej końców v oraz w i to w taki sposób, że otrzymany wierzchołek jest incydentny z tymi krawędziami, które przedtem były incydentne z v i w (z wyjątkiem krawędzi e). Z Barbara Głut 2

Trasa (marszruta) w grafie G skończony ciąg krawędzi v 0 v 1 v 2... v m w którym każde dwie kolejne krawędzie są albo sąsiednie, albo identyczne. długość trasy liczba krawędzi w trasie. Trasa wyznacza pewien ciąg wierzchołków, gdzie v 0 początek, v m koniec Ścieżka (łańcuch) trasa, w której wszystkie krawędzie są różne. Droga ścieżka, w której ponadto wszystkie wierzchołki są różne. Ścieżka lub droga są zamknięte, gdy v 0 = v m. Cykl Droga zamknięta zawierającą przynajmniej jedną krawędź Obwód grafu długość najkrótszego cyklu w tym grafie. Przykład: Trasa: o długości 6. Ścieżka: Droga: Cykl: Obwód: 3 Barbara Głut 3

Spójność grafu Graf jest spójny, gdy nie może być przedstawiony w postaci sumy dwóch grafów. Graf jest spójny, gdy dowolna para wierzchołków grafu jest połączona drogą. Graf niespójny - w przeciwnym przypadku. Dowolny niespójny graf może być przedstawiony jako suma skończonej liczby grafów spójnych, zwanych składowymi spójnymi grafu. Twierdzenie: Każdy graf prosty, który ma n wierzchołków i więcej niż (n 1)(n 2)/2 krawędzi, jest spójny. spójny niespójny 8 wierzchołków 8 wierzchołków 9 krawędzi 8 krawędzi Pytanie: jak bardzo graf spójny jest spójny? To znaczy: ile krawędzi lub wierzchołków należy usunąć, aby graf stał się niespójny? Barbara Głut 4

Zbiór rozspajający grafu spójnego G zbiór krawędzi, których usunięcie spowoduje, że graf G przestanie być spójny. Zbiór rozspajający: {e 1, e 2, e 5 } lub {e 3, e 6, e 7, e 8 } Rozcięcie zbiór rozspajający, którego żaden podzbiór właściwy nie jest już zbiorem rozspajającym. Np. {e 3, e 6, e 7, e 8 } Most jeżeli rozcięcie składa się z jednej krawędzi, to krawędź tę nazywamy mostem. Spójność krawędziowa λ(g) w grafie spójnym jest to liczba krawędzi należących do najmniej licznego rozcięcia grafu. Tzn. jest to najmniejsza liczba krawędzi, które należy usunąć, aby graf przestał być spójny. Graf jest k spójny krawędziowo, jeśli λ (G) k. 1-spójny i 2-spójny krawędziowo, ale nie 3-spójny Barbara Głut 5

Zbiór rozdzielający grafu spójnego G zbiór wierzchołków, których usunięcie spowoduje, że graf przestanie być spójny. Zbiór rozdzielający: {, } Spójność wierzchołkowa κ(g) Jeżeli graf G jest spójny i nie jest pełny, to spójnością wierzchołkową grafu G nazywamy liczbę elementów najmniejszego zbioru rozdzielającego. Graf jest k spójny wierzchołkowo, jeśli κ (G) k. ierzchołek rozcinający Jeżeli zbiór rozdzielający składa się tylko z jednego wierzchołka, to ten wierzchołek nazywamy wierzchołkiem rozcinającym. Barbara Głut 6

Grafy eulerowskie Graf spójny G nazywamy grafem eulerowskim, jeżeli istnieje ścieżka zamknięta zawierająca każdą krawędź G. Taką ścieżkę nazywamy cyklem Eulera. waga: nazwa cykl, choć od cyklu żąda się by był drogą. Niekonsekwencja ze względu na tradycyjną nazwę. Jak narysować ten graf bez odrywania ołówka i bez rysowania tej samej linii wielokrotnie? Grafy półeulerowskie Graf, który nie jest grafem eulerowskim, nazywamy półeulerowskim, jeżeli istnieje ścieżka zawierająca każdą krawędź grafu G. Graf półeulerowski Graf, który nie jest eulerowski ani półeulerowski Barbara Głut 7

Problem mostów królewieckich Czy można przejść dokładnie jeden raz przez każdy z siedmiu mostów i powrócić do punktu wyjścia? Rozwiązane przez Eulera Pytanie: Czy możliwe jest znalezienie warunku koniecznego i wystarczającego na to, by graf był eulerowski? Twierdzenie (Euler, 1776): Graf spójny G jest grafem eulerowskim wtedy i tylko wtedy, gdy stopień każdego wierzchołka grafu G jest liczbą parzystą. Twierdzenie: Graf spójny G jest grafem półeulerowskim wtedy i tylko wtedy, gdy ma dokładnie dwa wierzchołki nieparzystych stopni. grafie półeulerowskim każda ścieżka Eulera musi zaczynać się w jednym wierzchołku nieparzystego stopnia i kończyć w drugim takim wierzchołku. Barbara Głut 8

waga: żaden graf nie może mieć dokładnie jednego wierzchołka nieparzystego stopnia. To wynika z lematu o uściskach dłoni: jeśli pewne osoby witają się podając sobie dłonie, to łączna liczba uściśniętych dłoni jest parzysta. każdym grafie suma stopni wszystkich wierzchołków jest liczbą parzystą. każdym grafie liczba wierzchołków o nieparzystych stopniach jest parzysta. Algorytm Fleury ego służy do konstrukcji cyklu Eulera w grafie eulerowskim Zacznij cykl w dowolnym wierzchołku u i przechodź krawędzie w dowolnej kolejności, dbając jedynie o zachowanie następujących reguł: (1) usuwaj z grafu przechodzone krawędzie i wierzchołki izolowane powstające w wyniku usuwania krawędzi; (2) w każdym momencie przechodź przez most tylko wtedy, gdy nie masz innej możliwości. Barbara Głut 9

Grafy hamiltonowskie Czy istnieje zamknięta ścieżka przechodząca dokładnie jeden raz przez każdy wierzchołek grafu spójnego G? Taka ścieżka musi być cyklem cykl Hamiltona Graf, w którym istnieje cykl Hamiltona nazywamy grafem hamiltonowskim. Graf półhamiltonowski graf, który nie jest hamiltonowski i w którym istnieje droga przechodząca dokładnie jeden raz przez każdy wierzchołek graf półhamiltonowski graf niehamiltonowski Barbara Głut 10

Dla grafów hamiltonowskich nie ma udowodnionych warunków koniecznych i wystarczających takich, jak w przypadku grafów eulerowskich. Twierdzenie (Dirac, 1952): Jeżeli w grafie prostym G o n wierzchołkach (n 3), stopień każdego wierzchołka jest większy bądź równy n/2, to graf G jest hamiltonowski. Twierdzenie (Ore,, 1960): Jeśli graf prosty G ma n wierzchołków (n 3) oraz suma stopni dowolnych dwóch wierzchołków, które nie są sąsiednie, jest większa od n, to graf G jest hamiltonowski. Zagadnienie najkrótszej drogi B D G J A E H L C F Graf z wagami liczba przypisana krawędzi - waga Litery oznaczają miasta połączone drogami. Liczby oznaczają długości dróg lub czas podróży, lub koszt przejazdu. Znaleźć drogę z miasta A do miasta L o najmniejszej całkowitej wadze. I K Barbara Głut 11

Przesuwamy się wzdłuż grafu z lewa na prawo, przypisując każdemu wierzchołkowi liczbę l() określającą najkrótszą odległość od wierzchołka A do wierzchołka. B D G J A E H L C F I K Zagadnienie chińskiego listonosza Zadanie polega na tym, by listonosz, który musi doręczyć pocztę, przeszedł jak najkrótszą łączną drogę i powrócił do punktu wyjścia. B C A D F E Znaleźć taką trasę zamkniętą, której całkowita waga jest minimalna i w której każda krawędź występuje co najmniej jeden raz. Jeśli graf jest grafem eulerowskim, to każdy cykl Eulera jest poszukiwaną trasą. Jeśli graf nie jest eulerowski zadanie trudniejsze. Barbara Głut 12

A B C D ierzchołki B i E są jedynymi wierzchołkami stopni nieparzystych znajdujemy ścieżkę półeulerowską z B do E. F E Aby powrócić najkrótszą drogą do punktu wyjścia znajdujemy najkrótszą drogę z E do B. Rozwiązanie: znaleziona ścieżka półeulerowska + najkrótsza droga E F A B B C razem tworzą graf eulerowski => A Droga długości: 13 + 64 = 77 F E D Zagadnienie komiwojażera Komiwojażer, który chce odwiedzić kilka miast i powrócić do punktu wyjścia, powinien znaleźć drogę o najmniejszej łącznej długości. A B E C Znaleźć cykl Hamiltona o najmniejszej całkowitej wadze. D Barbara Głut 13