离散数学_十章-图 ( 5 ):连通性 - 上

简介: 离散数学_十章-图 ( 5 ):连通性 - 上

许多问题可以用沿图的边前进所形成的通路来建模。


例如,判定能否在两个计算机之间用中间连接传递消息的问题,就可以用图模型来研究。利用图模型中的通路可以解决投递邮件、收取垃圾以及计算机网络诊断等有效规划路线的问题。


1. 通路


通路(path)是边的序列,它从图的一个顶点开始沿着图中的边行经图中相邻的顶点。


1.1 通路

通路的定义:设 n 是非负整数且G是无向图。在G中从 u 到 v 的长度为 n 的通路是G的n条边e1, e2, …, en 的序列,其中存在 x0 = u, x1, x2, …, xn = v 的顶点序列,使得对于i= 1, 2,…, n, ei 以 xi-1 和 xi 作为端点。当这个图是简单图时,就用顶点序列 x0 , x1 , …, xn 表示这条通路(因为列出这些顶点就唯一地确定了通路)。


注意:长度为 0 的通路由单个顶点组成。


1.2 回路

回路(circuit)的定义:若一条通路在相同的顶点开始和结束,即 u=v 且长度大于0,则它是一条回路。(相同的顶点开始和结束且长度大于0的通路 👉 回路 / 圈)


把通路或是回路说成是经过顶点x1, …, xn-1 或遍历边 e1, e2, …, en 。


若通路或回路不重复地包含相同的边,则它是简单的。


1.3 其他术语

关于上面的概念,有许多不同的术语:有时使用路径(walk)而不是通路(path),这时使用顶点和边相互交替的序列来表示 v0, e1, v1, e2, v2,……, vn-1, en, vn


当使用 “路径(walk)” 这个术语时,就会使用 闭合路径(closed walk) 而不是 “回路” 表示起始和终止于同一顶点的路径~


使用 路线trail 表示没有重复边的路径。

通路path 常用来表示没有重复顶点的路线。


各种术语比较混乱,需要考虑上下文才能弄清楚。


2. 无向图的连通性


2.1 无向图的连通与不连通

定义:若无向图中每一对不同的顶点之间都有通路,则该图称为连通的。


不连通的无向图称为不连通的。当从图中删除顶点或边,或两者时,得到了不连通的子图。就称将图变成不连通的。

连通性满足等价关系!!!


例题:


图二中,G1是连通的,G2是不连通的。

例如: G2在顶点 a 和 d 之间没有通路。


2.2 定理

在连通无向图的每一对不同的顶点之间都存在简单通路


(简单通路:是通路 且 不重复地包含相同的边)


2.3 连通分支

图G的连通分支是G的连通子图,且该子图不是图G的另一个连通子图的真子图。


💙连通子图 指的是图H的一个子图H1,且该子图H1是连通的


图G的连通分支是G的一个极大连通子图。图G的连通分支数记作W(G)。


不连通的图G具有2个或2个以上不相交的连通子图,并且G是这些连通子图的并。


例题:

图三中H的连通分支是什么?

🔴解:图三中,图H是三个不相交的连通子图H1、H2、H3的并(∪) 。这三个子图就是H的连通分支


3. 图是如何连通的


3.1 割点(= 关节点)

点割集定义: 设无向图G =(V, E)为连通图,若有点集 V1 ⊂ V,使图G删除了 V1 的所有结点后,所得的子图是不连通图,而删除了 V1 的任何真子集后,所得到的子图仍是连通图,则称 V1 是G的一个点割集。


割点定义: 若某一个结点构成一个点割集,则称该结点为割点(关节点)。


3.2 割边(= 桥)

边割集定义: 设无向图 G =(V, E)为连通图,若有边集 E1⊂E,使图G删除了E1的所有边后,所得的子图是不连通图,而删除了E1的任一真子集后,所得到的子图仍是连通图,则称E1是G的一个边割集。


割边定义: 若某一个边构成一个边割集,则称该边为割边 (桥)。


3.3 不可分割图

不可分割图定义: 不含割点的连通图称为不可分割图。


不可分割图比有割点的连通图具有更好的连通性


3.4 𝑘(𝐺)

除完全图以外,每一个连通图都有一个点割集!


我们定义非完全图的点连通度为点割集中最小的顶点数,记作:𝑘(𝐺)


即:至少在连通图中删去𝑘(𝐺)个点使其不连通!

另外, 𝑘(𝐺)越大,我们认为G的连通性越好。不连通的图和K 1

(只有一个顶点的完全图),有 𝑘(𝐺) = 0;含有点割集的连通图和K 2 , 𝑘(𝐺) = 2

3.5 𝑘连通的

若𝑘(𝐺) ≥ m,我们称图为m连通的(或是:m顶点-连通的)


3.6 𝑘(𝐺) ≤ λ(𝐺) ≤ δ(𝐺)

δ(G)=min {deg(v) | v ϵ V },

连通度 𝑘(𝐺) 是为了产生一个不连通图需要删去的点的最少数目。于是一个不连通图的连通度等于0. 例如, 𝑘(K𝑝)=p-1。

定义 λ(𝐺)=𝑚𝑖𝑛{ |E1| | E1是G的边割集} 为G的边连通度。边连通度是为了产生一个不连通图需要删去的边的最少数目


定理:对于任何一个图G,有 𝑘(𝐺) ≤ λ(𝐺) ≤ δ(𝐺)

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