离散数学第七章图的基本概念知识点总结

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑 离散数学第七章图的基本概念知识点总结 1 / 13 图论部分 第七章、图的基本概念 7.1 无向图及有向图 无向图与有向图 多重集合: 元素可以重复出现的集合 无序积: A 若v i = v j , 则称e k 为环, 此时称e k 与v i 的关联次数为2; 若v i 不是e k 端点 , 2 / 1 3 则称e k 与v i 的关联次数为0. 无边关联的顶点称作孤立点. 定义 设无向图G =, v i ,v j V , e k ,e l E , 若(v i ,v j ) E , 则称v i ,v j 相邻; 若e k ,e l 至少有一个公共端点, 则

2、称e k ,e l 相邻. 对有向图有类似定义. 设e k =?v i ,v j ?是有向图的一条边,又称v i 是e k 的始点, v j 是e k 的终点, v i 邻接到v j , v j 邻接于v i . 邻域和关联集 顶点的度数 设G =为无向图, v V , v 的度数(度) d (v ): v 作为边的端点次数之和 悬挂顶点: 度数为1的顶点 悬挂边: 与悬挂顶点关联的边 G 的最大度?(G )=maxd (v )| v V G 的最小度(G )=mind (v )| v V 例如 d (v 5)=3, d (v 2)=4, d (v 1)=4,?(G )=4, (G )=1,v

3、 4是悬挂顶点, e 7是悬挂边, e 1是环 设D =为有向图, v V , v 的出度d +(v ): v 作为边的始点次数之和 v 的入度d -(v ): v 作为边的终点次数之和 v 的度数(度) d (v ): v 作为边的端点次数之和 d (v )= d +(v )+ d -(v ) D 的最大出度?+(D ), 最小出度+(D ) 最大入度?-(D ), 最小入度-(D ) 最大度?(D ), 最小度(D ) 例如 d +(a )=4, d -(a )=1, d (a )=5, d +(b )=0, d -(b )=3, d (b )=3, 3 / 13 ?+(D )=4, +(

4、D )=0, ?-(D )=3, -(D )=1, ?(D )=5, (D )=3. 握手定理 定理 任意无向图和有向图的所有顶点度数之和都等于边数的2倍, 并且有向图的所有顶点入度之和等于出度之和等于边数. 证 G 中每条边（包括环）均有两个端点，所以在计算G 中各顶点度数之和时，每条边均提供2度，m 条边共提供2m 度. 有向图的每条边提供一个入度和一个出度, 故所有顶点入度之和等于出度之和等于边数. 图的度数列 设无向图G 的顶点集V =v 1, v 2, , v n G 的度数列: d (v 1), d (v 2), , d (v n ) 如右图度数列:4,4,2,1,3 设有向图D

5、的顶点集V =v 1, v 2, , v n D 的度数列: d (v 1), d (v 2), , d (v n ) D 的出度列: d +(v 1), d +(v 2), , d +(v n ) D 的入度列: d -(v 1), d -(v 2), , d -(v n ) 如右图度数列:5,3,3,3 出度列:4,0,2,1 入度列 :1,3,1,2 例1 (3,3,3,4), (2,3,4,6,8)能成为图的度数列吗? 解不可能. 它们都有奇数个奇数. 例2 已知图G有10条边, 4个3度顶点, 其余顶点的度数均小于等于2, 问G 至少有多少个顶点? 解设G有n个顶点. 由握手定理,

6、4?3+2?(n-4)2?10 解得n8 例3 证明不存在具有奇数个面且每个面都具有奇数条棱的多面体. 证用反证法. 假设存在这样的多面体, 作无向图G=, 其中V=v | v为多面体的面, E=(u,v) | u,vVu与v有公共的棱uv. 根据假设, |V|为奇数且?vV, d(v)为奇数. 这与握手定理的推论矛盾. 多重图与简单图 定义 (1) 在无向图中,假如有2条或2条以上的边关联同一对顶点, 则称这些边为平行边, 平行边的条数称为重数. (2)在有向图中,假如有2条或2条以上的边具有一致的始点和终点, 则称这些边为有向平行边, 简称平行边, 平行边的条数称为重数. (3) 含平行边

7、的图称为多重图. (4) 既无平行边也无环的图称为简单图. 注意:简单图是极其重要的概念 图的同构 定义设G1=, G2=为两个无向图(有 4 / 13 5 / 13 向图), 若存在双射函数 f : V 1V 2, 使得对于任意的 v i ,v j V 1, (v i ,v j )E 1（E 1）当且仅当 (f (v i ),f (v j )E 2（E 2）， 并且, (v i ,v j )（）与 (f (v i ),f (v j )（） 的重数一致，则称G 1与G 2是同构的，记作G 1?G 2. 几点说明： 图之间的同构关系具有自反性、对称性和传递性. 能找到多条同构的必要条件, 但它们

8、都不是充分条件: 边数一致，顶点数一致 度数列一致(不计度数的顺序) 对应顶点的关联集及邻域的元素个数一致，等等 若破坏必要条件，则两图不同构 至今没有找到判断两个图同构的多项式时间算法 完全图：n 阶无向完全图K n : 每个顶点都与其余顶点相邻的n 阶无向简单图. 简单性质: 边数m =n (n -1)/2, ?=n -1 n 阶有向完全图: 每对顶点之间均有两条方向相反的有向边的n 阶有向简单图. 简单性质: 边数m =n (n -1), ?=2(n -1), ?+=+=?-=-=n -1 子图：定义设G=, G =是两个图 (1) 若V ?V且E ?E,则称G 为G的子图, G为G 的

9、 母图, 记作G ?G (2) 若G ?G 且V =V，则称G 为G的生成子图 (3) 若V ?V 或E ?E，称G 为G的真子图 (4) 设V ?V 且V ?, 以V 为顶点集, 以两端点都在 V 中的所有边为边集的G的子图称作V 的导 出子图，记作GV (5) 设E ?E且E ?, 以E 为边集, 以E 中边关联的 所有顶点为顶点集的G的子图称作E 的导出子 图, 记作GE 补图：定义设G=为n阶无向简单图，以V为顶点集,所有使G成为完全图K n的添加边组成的集合为边集的图，称为G的补图，记作 . 若G? , 则称G是自补图. 例对上一页K4的所有非同构子图, 指出互为补图的每一对子图,

10、并指出哪些是自补图. 7.2 通路、回路、图的连通性 简单通(回)路, 初级通(回)路, 繁杂通(回)路 定义给定图G=（无向或有向的），G中顶点与边的交替序列=v0e1v1e2e l v l， (1) 若?i(1il), v i-1, v i是e i的端点(对于有向图, 要求v i-1是始点, v i是终点), 则称为通路, v0是通路的起点, v l是通路的终点, l为通路的长度. 又若v =v l，则称为回路. (2) 若通路(回路)中所有顶点(对于回路, 除v0=v l)各异，则称为初级通路(初级回路).初级通路又称作路径, 初级回路又称作圈. (3) 若通路(回路)中所有边各异, 则

11、称为简单通路(简单回路), 否则称为繁杂通路(繁杂回路). 说明: 表示方法 用顶点和边的交替序列(定义), 如=v0e1v1e2e l v l 6 / 13 用边的序列, 如=e1e2e l 简单图中, 用顶点的序列, 如=v0v1v l 非简单图中,可用混合表示法,如=v0v1e2v2e5v3v4v5 环是长度为1的圈, 两条平行边构成长度为2的圈. 在无向简单图中, 所有圈的长度3; 在有向简单图中, 所有圈的长度2. 在两种意义下计算的圈个数 定义意义下 在无向图中, 一个长度为l(l3)的圈看作2l个不同的圈. 如v0v1v2v0 , v 1v 2 v v 1 , v2v0v1v2,

12、 v0v2v1v0 , v1v0v2v1 , v2v1v0v2看作6个不同的圈. 在有向图中, 一个长度为l(l3)的圈看作l个不同的圈. 同构意义下 所有长度一致的圈都是同构的, 因而是1个圈. 定理在n阶图G中，若从顶点v i到v j（v iv j）存在通 路，则从v i到v j存在长度小于等于n-1的通路. 推论在n阶图G中，若从顶点v i到v j（v iv j）存在通 路，则从v i到v j存在长度小于等于n-1的初级通路. 定理在一个n阶图G中，若存在v i到自身的回路，则 一定存在v i到自身长度小于等于n的回路. 推论在一个n阶图G中，若存在v i到自身的简单回 路，则一定存在长度小于等于n的初级回路. 无向图的连通性 设无向图G=, u与v连通: 若u与v之间有通路. 规定u与自身总连通. 连通关系R=| u,vV且uv是V上的等价关系 连通图:任意