图论能解决的问题：
1 最短路问题（SPP－shortest path problem）
一名货柜车司机奉命在最短的时间内将一车货物从甲地运往乙地。从甲地到乙地的公路网纵横交错，因此有多种行车路线，这名司机应选择哪条线路呢？假设货柜车的运行速度是恒定的，那么这一问题相当于需要找到一条从甲地到乙地的最短路。
2 公路连接问题
某一地区有若干个主要城市，现准备修建高速公路把这些城市连接起来，使得从其中任何一个城市都可以经高速公路直接或间接到达另一个城市。假定已经知道了任意两个城市之间修建高速公路的成本，那么应如何决定在哪些城市间修建高速公路，使得总成本最小？
3 指派问题（assignment problem）
一家公司经理准备安排名员工去完成项任务，每人一项。由于各员工的特点不同，不同的员工去完成同一项任务时所获得的回报是不同的。如何分配工作方案可以使总回报最大？
4 中国邮递员问题（CPP－chinese postman problem）
一名邮递员负责投递某个街区的邮件。如何为他（她）设计一条最短的投递路线（从邮局出发，经过投递区内每条街道至少一次，最后返回邮局）？由于这一问题是我国管梅谷教授1960年首先提出的，所以国际上称之为中国邮递员问题。
5 旅行商问题（TSP－traveling salesman problem）
一名推销员准备前往若干城市推销产品。如何为他（她）设计一条最短的旅行路线（从驻地出发，经过每个城市恰好一次，最后返回驻地）？这一问题的研究历史十分悠久，通常称之为旅行商问题。
6 运输问题（transportation problem）
某种原材料有个产地，现在需要将原材料从产地运往个使用这些原材料的工厂。假定个产地的产量和家工厂的需要量已知，单位产品从任一产地到任一工厂的运费已知，那么如何安排运输方案可以使总运输成本最低？
7.最短路已有成熟的算法：迪克斯特拉（Dijkstra）算法
8.计算赋权图中各对顶点之间最短路径，显然可以调用Dijkstra算法。具体方法是：每次以不同的顶点作为起点，用Dijkstra算法求出从该起点到其余顶点的最短路径，反复执行n次这样的操作，就可得到从每一个顶点到其它顶点的最短路径。这种算法的时间复杂度为O(n^3)。第二种解决这一问题的方法是由Floyd R W提出的算法，称之为Floyd算法。(可以解决第一个问题)
9.prim算法、Kruskal算法构造最小生成树（使所有点连通）
10.匈牙利算法、Kuhn-Munkres算法解决人员分配问题
11.Euler回路的Fleury算法（中国邮递员问题）
12.最大流的一种算法—标号法（用标号法寻求网络中最大流的基本思想是寻找可增广轨，使网络的流量得到增加，直到最大为止。）
习题一 作者---寒江独钓 1.证明：在n 阶连通图中 (1) 至少有n-1条边； (2) 如果边数大于n-1，则至少有一条闭迹； (3) 如果恰有n-1条边，则至少有一个奇度点。 证明: (1) 若G 中没有1度顶点，由握手定理： ()2()21v V G m d v n m n m n ∈= ≥?≥?>-∑ 若G 中有1度顶点u ，对G 的顶点数作数学归纳。 当n=2时，结论显然；设结论对n=k 时成立。 当n=k+1时，考虑G-u,它仍然为连通图，所以，边数≥k-1.于是G 的边数≥k. (2) 考虑G 中途径： 121:n n W v v v v -→→→→L 若W 是路，则长为n-1;但由于G 的边数大于n-1,因此，存在v i 与v j ,它们相异，但邻接。于是： 1i i j i v v v v +→→→→L 为G 中一闭途径，于是 也就存在闭迹。 (3) 若不然，G 中顶点度数至少为2，于是由握手定理： ()2()21v V G m d v n m n m n ∈= ≥?≥?>-∑ 这与G 中恰有n-1条边矛盾！ 2.(1)2n ?12n 2?12n ?1 (2)2n?2?1 (3) 2n?2 。 证明 :u 1的两个邻接点与v 1的两个邻接点状况不同。所以， 两图不同构。 4.证明下面两图同构。 u 1 v 1
证明:作映射f : v i ? u i (i=1,2….10) 容易证明，对?v i v j ∈E ((a)),有f (v i v j,),=,u i,u j,∈,E,((b)) (1≤ i ≤ 10, 1≤j ≤ 10 ) 由图的同构定义知，图(a)与(b)是同构的。 5.指出4个顶点的非同构的所有简单图。 分析：四个顶点的简单图最少边数为0，最多边数为6，所以 可按边数进行枚举。 (a) v 2 v 3 u 4 u (b)
图论及其应用答案电子科 大 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
习题三： 证明：e是连通图G 的割边当且仅当V(G)可划分为两个子集V1和V2，使对任意u ∈V 1及v ∈V 2, G 中的路（u，v）必含e . 证明：充分性: e是G的割边，故G ?e至少含有两个连通分支，设V 1是其中一个连通分支的顶点集，V 2是其余分支的顶点集，对12,u V v V ?∈?∈，因为G中的u ,v不连通， 而在G中u与v连通，所以e在每一条(u ,v )路上，G中的(u ,v )必含e。 必要性：取12,u V v V ∈∈，由假设G中所有(u ,v )路均含有边e，从而在G ?e中不存在从 u与到v的路，这表明G不连通，所以e 是割边。 3.设G 是阶大于2的连通图，证明下列命题等价： （1） G 是块 （2） G 无环且任意一个点和任意一条边都位于同一个圈上； （3） G 无环且任意三个不同点都位于同一条路上。 （1）→（2）： G是块，任取G的一点u，一边e，在e边插入一点v，使得e成为两条边，由此得到新图G 1，显然G 1的是阶数大于3的块，由定理，G中的u,v 位于同一个圈上，于是G 1中u 与边e都位于同一个圈上。 （2）→（3）： G无环，且任意一点和任意一条边都位于同一个圈上，任取G的点u ，边e ，若u在e 上，则三个不同点位于同一个闭路，即位于同一条路，如u不在e上，由定理，e的两点在同一个闭路上，在e边插入一个点v ，由此得到新图G 1，显然G 1的是阶数大于3的块，则两条边的三个不同点在同一条路上。 （3）→（1）： G连通，若G不是块，则G中存在着割点u，划分为不同的子集块V 1, V 2, V 1, V 2无环，12,x v y v ∈∈，点u在每一条(x ,y )的路上，则与已知矛盾，G是块。 7.证明：若v 是简单图G 的一个割点，则v 不是补图G ?的割点。 证明：v是单图G的割点，则G ?v有两个连通分支。现任取x ,y ∈V (G ?v ), 如果x ,y 不在G ?v的同一分支中，令u是与x ,y处于不同分支的点，那么，x ,与y在G ?v的补图中连通。若x ,y在G ?v的同一分支中，则它们在G ?v的补图中邻接。所以，若v是G 的割点，则v不是补图的割点。 12.对图3——20给出的图G1和G2，求其连通度和边连通度，给出相应的最小点割和最小边割。 解：()12G κ= 最小点割 {6,8} 1()2G λ= 最小边割{（6,5），（8,5）}
组合数学与图论复习题及答案 1．Show that if n+1 integers are chosen form the set {1,2, …,2n},then there are always two which differ by at most 2. 从{1,2, …,2n}中选出n+1个数，在这n+1个数中，一定存在两个数，其中一个整数能整除另外一个整数。 任何一个数都可以写成2k*L，其中k是非负数，L是正奇数。现在从1到2n 之间只有n个奇数。由于有n+1个数都能表示成2k*L，而L的取值只有n中，所以有鸽子洞原理知道，至少有两个数的L是一样的，于是对应k小的那个就可以整除k大的另一个数。 2．Show that for any given 52 integers there are exist two of them whose sum, or else difference, is divisible 100. 设52个整数a 1，a 2 ，…，a 52 被100除的余数分别是r 1 ,r 2 ,…,r 52 ，而任意一 个数被100除余数为0，1，2，…，99，一共100个。他们可以分为51个类{0},{1,99},{2,98},…,{49,51},{50}。将这51个集合视为鸽笼，则将 r 1,r 2 ,…,r 52 放入51个笼子中，至少有两个属于同一个笼子，所以要么有ri＝rj， 要么有ri＋rj＝100，也就是说ai－aj|100或者ai＋aj|100。 3．从1，2，3，…，2n中任选n+1个数，证明在这n+1个数中至少有一对数互质。 鸽子洞原理，必有两个数相邻，相邻的两个数互质 4．Prove that Ramsey number R(p,q)≤R(p,q-1)+R(p-1,q). 令N＝R(p,q-1)+R(p-1,q)，从N个人中中随意选取一个a，F表示与a相识的人，S表示与a不相识的人。 在剩下的R(p,q-1)+R(p-1,q)－2＋1个人中，由鸽子洞原理有，或者F中有R(p,q-1)人，或者S中有R(p-1,q)人。如果F中有R(p,q-1)人，则与a相识的人为p个；如果S中有R(p-1,q)人，则与a不相识的人有p个。所以有R(p,q)≤R(p,q-1)+R(p-1,q) 5．There are 10 people, either there are 3 each pair of whom are acquainted, or there are 4 each pair of whom are unacquainted。 从10人中随意选一个人p，F表示与p相识的人，S表示与p不相识的人若F中至少有4人，如果至少有4人不相识，则满足题设；如果有2人相识，则加上p有3人相识，也满足题设。 若F中至多有3人，则S中至少有6人，6人中至少有3人相识，或者不相识。如果相识则满足题设，如果不相识加上p不相识的人就有4个，也满足题设。6．In how many ways can six men and six ladies be seated at round table if the men and ladies to sit in alternate seats? 6个男的先进行圆排列，然后6个女的插入空位。 7．In how many ways can 15 people be seated at round table if B refuses to sit next to A? What if B only refuses to sit on A right?
5经典图论问题 5.1 一笔画问题 一笔画算法即是从起点a开始选择关联边（第一这条边不是往回倒，第二这条边在前面延伸路上没有出现过）向前延伸，如果到达终点b，得到a—b迹，判断路上的的边数是否为图的总边数，是就终止，否则选择迹上某个关联边没有用完的顶点v，用同样方式再搜索v—v的闭迹，添加到a—b迹上，即得到a—v---v—b迹，如果这个迹的边数还没有达到总边数，则再选择迹上某个关联边没有用完的顶点。。。。。。逐步扩展即可。
二、弗罗莱（Fleury ）算法 任取v 0∈V(G)，令P 0=v 0； 设P i =v 0e 1v 1e 2…e i v i 已经行遍，按下面方法从中选取e i+1： （a ）e i+1与v i 相关联； （b ）除非无别的边可供行遍，否则e i+1不应该为G i =G-{e 1,e 2, …, e i }中的桥（所谓桥是一条删除后使连通图不再连通的边）； （c ）当（b ）不能再进行时，算法停止。 5.2 中国邮递员问题（CPP ） 规划模型： 设ij x 为经过边j i v v 的次数，则得如下模型。 ∑∈= E v v ij ij j i x z ?min ∑ ∑ E ∈E ∈∈=j i i k v v i v v ki ij V v x x , E ∈∈≤j i ij v v N x ,1 ..t s
5.3旅行推销员问题（TSP，货郎担问题）（NPC问题） 定义：包含图G的所有定点的路（圈）称为哈密顿路（圈），含有哈密顿圈得图称为哈密顿图。 分析：从一个哈密顿圈出发， 算法一：（哈密顿圈的充要条件：一包含所有顶点的连通子图，二每个顶点度数为2） 象求最小生成树一样，从最小权边加边，顶点度数大于3以及形成小回路的边去掉。 算法二： 算法三：
组合数学部分 第1章 排列与组合 例1： 1)、求小于10000的含1的正整数的个数； 2、)求小于10000的含0的正整数的个数； 解：1)、小于10000的不含1的正整数可看做4位数,但0000除外.故有9×9×9×9－1＝6560个.含1的有：9999－6560=3439个 2)、“含0”和“含1”不可直接套用。0019含1但不含0。在组合的习题中有许多类似的隐含的规定，要特别留神。不含0的1位数有19个，2位数有29个，3位数有39个，4位数有49个 不含0小于10000的正整数有() ()73801919999954321=--=+++个含0小于10000的正整数9999－7380=2619个。 例2： 从[1,300]中取3个不同的数，使这3个数的和能被3整除，有多少种方案？ 解：将[1,300]分成3类： A={i|i ≡1(mod 3)}={1,4,7,…,298}, B={i|i ≡2(mod 3)}={2,5,8,…,299}, C={i|i ≡0(mod 3)}={3,6,9,…,300}. 要满足条件，有四种解法： 1)、3个数同属于A; 2)、3个数同属于B ； 3)、3个数同属于C; 4)、A,B,C 各取一数；故共有3C(100,3)+1003=485100+1000000=1485100。 例3：（Cayley 定理：过n 个有标志顶点的数的数目等于2-n n ） 1）、写出右图所对应的序列； 2）、写出序列22314所对应的序列； 解： 1）、按照叶子节点从小到大的顺序依次去掉节点（包含与此叶子 节点相连接的线），而与这个去掉的叶子节点相邻的另外一个点值则记入序列。如上图所示，先去掉最小的叶子节点②，与其相邻的点为⑤，然后去掉叶子节点③，与其相邻的点为①，直到只剩下两个节点相邻为止，则最终序列为51155.。 2）、首先依据给定序列写出（序列长度+2）个递增序列，即1234567，再将给出序列按从小到大顺序依次排列并插入递增序列得到：7。我们再将给出序列22314写在第一行，插入后的递增序列写在第二行。如下图第一行所示： ??→????? ??--②⑤67112223344522314??→???? ? ??--②⑥11223344672314 ??→????? ??--③②11233447314??→???? ? ??--①③11344714
组合数学及其图论 1、一个图G 是指一个有序三元组（V （G ），E （G ），G ?），其中G ?是：________________. 关联函数 2、 是有40个点的简单图且 中任两个点之间有且只有1条路，则 。 39 3、只有一个顶点所构成的图称为：________________ 平凡图 4、如果H 是G 的子图，其中V （H ）=V （G ）和E （G ）=E （H ）至少有一个不成立，就称H 是G 的：_____________. 真子图 5、设G 是p 阶简单图，则__________________等号成立当且仅当G 是完全图。 q(G)≤p(p-1)/2 6、如果一条途径的_________与___________相同，就称这条途径为闭途径。 起点 终点 7、如果对图G=（V ，E ）的任何两个顶点u 与v ，G 中存在一条（u-v ）路，则称G 是___________否则称为是______________ 连通图、 非连通图 8、设G 是P 阶连通图，则__________________. q(G)≥p-1 9、若二分图 有Hamilton 回路，则 与 满足 。 10、若G 是2-边连通图，则G 有强连通的________________. 定向图 11、边数最少的连通图是 。
树 12、没有回路的连通图称为_______________. 树 13、的图是图或图。 平凡图，不连通图 14、树T的每一个非悬挂点都是T的 __________. 割点 15、二分图中若与满足，则必有完美对集。 16、给定一个图G，如果图G的一个生成子图T是一棵树，则称T是G的一个_______________. 生成树 17、设G是无环图，e是G的一条边，则 τ(G)=___________________________. τ （G－e）+τ (G·e) 18、是阶简单图，则，等号成立当且仅当是图。 ，完全图 2、 19、___________________________的生成树称为最优生成树。 连通赋权图中具有最小权 20、的一个对集是最大对集的充要条件是。 中无可扩路 21、一个有向图D，如果略去每条弧的方向时所得无向图是一棵树，就称D为_____________________. 有向树 22、经过G的每条边的迹称为G的Euler迹，如果这条迹是闭的，则称这条闭迹为G的 ________________. Euler环游 23、是简单图且，则。
离散数学图论部分综合练习 一、单项选择题 1．设图G 的邻接矩阵为 ??? ???? ? ????? ???0101 010******* 11100100110 则G 的边数为( )． A ．6 B ．5 C ．4 D ．3 2．已知图G 的邻接矩阵为 ， 则G 有（ ）． A ．5点，8边 B ．6点，7边 C ．6点，8边 D ．5点，7边 3．设图G ＝
图三 7．设有向图（a ）、（b ）、（c ）与（d ）如图四所示，则下列结论成立的是 ( ) ． 图四 A ．（a ）是强连通的 B ．（b ）是强连通的 C ．（c ）是强连通的 D ．（d ）是强连通的 应该填写：D 8．设完全图K n 有n 个结点(n ≥2)，m 条边，当（ ）时，K n 中存在欧拉回路． A ．m 为奇数 B ．n 为偶数 C ．n 为奇数 D ．m 为偶数 9．设G 是连通平面图，有v 个结点，e 条边，r 个面，则r = ( )． A ．e －v ＋2 B ．v ＋e －2 C ．e －v －2 D ．e ＋v ＋2 10．无向图G 存在欧拉通路，当且仅当( )． A ．G 中所有结点的度数全为偶数 B ．G 中至多有两个奇数度结点 C ．G 连通且所有结点的度数全为偶数 D ．G 连通且至多有两个奇数度结点 11．设G 是有n 个结点，m 条边的连通图，必须删去G 的( )条边，才能确定G 的一棵生成树． A ．1m n -+ B ．m n - C ．1m n ++ D ．1n m -+ 12．无向简单图G 是棵树，当且仅当( )． A ．G 连通且边数比结点数少1 B ．G 连通且结点数比边数少1 C ．G 的边数比结点数少1 D ．G 中没有回路． 二、填空题 1．已知图G 中有1个1度结点，2个2度结点，3个3度结点，4个4度结 点，则G 的边数是 ． 2．设给定图G (如图四所示)，则图G 的点割 ο ο ο ο c a b f
图论第一次作业 By byh
|E(G)|,2|E(G)|2G υυ??≤ ??? ?? ??? 1.1 举出两个可以化成图论模型的实际问题 略 1.2 证明其中是单图 证明：（思路）根据单图无环无重边的特点，所以 最大的情形为任意两个顶点间有一条边相连，即极 端情况为。
?1.4 画出不同构的一切四顶单图 ?0条边：1条边： ?2条边：3条边： ?4条边：5条边：?6条边：
1.10G?H当且仅当存在可逆映射θ:V G→V H，使得uv∈E G?θuθv∈E H，其中G和H是单图。（证明充分性和必要性） ?必要性 ?若G?H，由定义可得，存在可逆映射θ:V G→V Hφ:E G→E(H)当且仅当ψ G e=uv时，ψHφe=θuθ(v)，所以uv∈E G? θuθv∈E H ?充分性 ?定义?:E G→E(H)，使得uv∈E G和θuθv∈E(H)一一对应，于是?可逆，且ψ e=uv的充要条件是ψHφe=θuθv，得G?H G
1.12求证(a)?K m ,n =mn，(b)G是完全二分图，则?G≤1 4 v G2 ?(a)对于K m ,n ，将顶集分为X和Y，使得X∪Y=V K m,n， X∩Y= ?，X=m，Y=n，对于X中的每一顶点，都和Y中所有顶点相连，所以?K m,n =mn ?(b)设G的顶划分为X,Y，X=m,Y=v?m，则?G≤ ??K m ,v-m =v?m m≤v2 4
?证明： ?(a)第一个序列考虑度数7,第二个序列考虑6,6,1 ?(b)将顶点v分成两部分v’和v’’ ?v’ = {v|v= v i, 1≤ i≤ k}, ?v’’ = {v|v= v i, k< i≤ n} ?以v’点为顶的原图的导出子图度数之和小于 ?然后考虑剩下的点贡献给这k个点的度数之和最大可能为
《图论与组合数学》教学大纲 一、课程名称：图论与组合数学 二、课程代码：021********* 三、课程英文名称：Graph Theory and Combinatorics 四、课程负责人：刘任任，肖芬，曹春红 五、学时与学分：48学时（理论40学时，实验8学时），3.0学分 六、课程性质：必修 七、适用专业：工科本科计算机科学与技术专业 八、选课对象：计算机科学与技术专业 九、预修课程：集合论与数理逻辑、C语言程序设计I、数据结构 十、课程教材与参考书目： 课程教材： 1.刘任任编著，《离散数学》，中国铁道出版社，2009年12月； 2.刘任任主编，《离散数学题解与分析》，中国铁道出版社，2010年10月。 参考书目： 1.Kneneth H. Rosen, Discete Mathematics and Its Applications, Fifth Edition,2003年； 2.Richard Johnsonbaugh, Discrete Mathematics, Prentice Hall Inc., 2000年； 3.Kolman B., etc., Discrete Mathematical Structures，Prentice Hall Inc., 2001； 4.Brualdi, R.A. (美)，组合数学(第四版)，北京机械工业出版社，2005年2月； 5.卢开澄，组合数学，清华大学出版社， 6.孙吉贵等编著，《离散数学》，高等教育出版社，2002年； 7.陈莉等编著，《离散数学》，高等教育出版社，2002年。 十一、开课单位：信息工程学院 十二、课程与能力培养中的对应关系 1、能力1.2: 掌握计算机科学与技术专业所要求的数学和自然科学基本知识，能将其用于计算机复杂工程问题的分析与建模； 2、能力2.1：掌握文献检索、资料查询的基本方法，能够运用现代技术获取相关文献，具有资料阅读和文献研究能力，并用于计算机科学与技术相关的复杂工程问题的分析和推理； 3、能力2.2：通过理论与实践相结合的系统学习，能够识别复杂工程问题中所涉及的数学、自然科学及计算机科学与技术专业的相关理论知识。 十三、课程的目标 图论和组合数学是现代数学的重要分支，是研究离散结构的存在、计数、分析和优化等问题的一门科学，是计算机科学与技术专业的基础理论课程。通过本课程的学习，使学生掌握图论与组合数学的基本原理和方法，了解和掌握无向图、有向图、连通图、排列与组合、容斥原理、递推关系和生成函数等基本知识，灵活运用所学知识对一些简单问题进行建模并编程求解。
第三章 匹配理论 §3.1 匹配与最大匹配 定义3.1.1 设G 是一个图, )(G E M ?，满足:对i e ?,M e j ∈，i e 与j e 在G 中不相邻，则称M 是G 的一个匹配。对匹配M 中每条边uv e =，其两端点 u 和 v 称为被匹配M 所匹配，而 u 和 v 都称为是M 饱和的(saturated vertex )。 注:每个顶点要么未被M 饱和, 要么仅被M 中一条边饱和。 定义3.1.2 设M 是G 的一个匹配, 若G 中无匹配M ′, 使得||||M M >′, 则称M 是G 的一个最大匹配；如果G 中每个点都是M 饱和的, 则称M 是G 的完美匹配(Perfect matching ). 显然, 完美匹配必是最大匹配。 例如，在下图G 1中，边集{e 1}、{e 1,e 2}、{e 1,e 2,e 3}都构成匹配，{e 1,e 2,e 3}是G 1的一个最大匹配。在 G 2中，边集{e 1,e 2,e 3,e 4}是一个完美匹配，也是一个最大匹配。 定义3.1.3 设M 是G 的一个匹配, G 的M 交错路是指其边M 和M G E \)(中交替出现的路。如果G 的一条M 交错路(alternating path)的起点和终点都是M 非饱和的，则称其为一条M 可扩展路或M 增广路(augmenting path)。 定理 3.1.1(Berge,1957) 图G 的匹配M 是最大匹配的充要条件是G 中不存在M 可扩展路。 证明:必要性:设M 是G 的一个最大匹配。如果G 中存在一个M 可扩展路P ,则将P 上所有不属于M 的边构成集合M ′。显然M ′也是G 的一个匹配且比M 多一条边。这与M 是最大匹配相矛盾。 充分性:设G 中不存在M 可扩展路。若匹配M 不是最大匹配，则存在另一匹配M ′,使 ||||M M >′. 令 ][M M G H ′⊕=，(M M M M M M ′?′=′⊕∩∪称为对称差)。 则H 中每个顶点的度非1即2(这是因为一个顶点最多只与M 的一条边及M ′的一条边相关联)。故H 的每个连通分支要么是M 的边与M ′的边交替出现的一个偶长度圈，要么是M 的边与M ′的边交替出现的一条路。 由于||||M M >′，H 的边中M ′的边多于M 的边，故必有H 的某个连通分支是一条路，且始于M ′的边又终止于M ′的边。这条路是一条M 可扩展路。这与条件矛盾。 证毕。
二、应用题 题0：（1996年全国数学联赛） 有n （n ≥6）个人聚会，已知每个人至少认识其中的[n /2]个人，而对任意的[n /2]个人，或者其中有两个人相互认识，或者余下的n -[n /2]个人中有两个人相互认识。证明这n 个人中必有3个人互相认识。 注：[n /2]表示不超过n /2的最大整数。 证明 将n 个人用n 个顶点表示，如其中的两个人互相认识，就在相应的两个顶点之间连一条边，得图G 。由条件可知，G 是具有n 个顶点的简单图，并且有 （1）对每个顶点x ， )(x N G ≥[n /2]； （2）对V 的任一个子集S ，只要S ＝[n /2]，S 中有两个顶点相邻或V-S 中有 两个顶点相邻。 需要证明G 中有三个顶点两两相邻。 反证，若G 中不存在三个两两相邻的顶点。在G 中取两个相邻的顶点x 1和y 1,记N G (x 1)＝{y 1,y 2,……,y t }和N G (y 1)={x 1,x 2,……,x k },则N G (x 1)和N G (y 1)不相交，并且N G (x 1)（N G (y 1)）中没有相邻的顶点对。 情况一；n=2r ：此时[n /2]＝r ，由（1）和上述假设，t=k=r 且N G (y 1)＝V-N G (x 1)，但N G (x 1)中没有相邻的顶点对，由（2），N G (y 1)中有相邻的顶点对，矛盾。 情况二；n=2r+1: 此时[n /2]＝r ，由于N G (x 1)和N G (y 1)不相交，t ≥r,k ≥r,所以r+1≥t,r+1≥k 。若t=r+1,则k=r ，即N G (y 1)=r ，N G (x 1)＝V-N G (y 1)，由（2），N G (x 1)或N G (y 1)中有相邻的顶点对，矛盾。故k ≠r+1，同理t ≠r+1。所以t=r,k=r 。记w ∈V- N G (x 1) ∪N G (y 1),由（2），w 分别与N G (x 1)和N G (y 1)中一个顶点相邻，设wx i0∈E, wy j0∈E 。若x i0y j0∈E ，则w ，x i0, y j0两两相邻，矛盾。若x i0y j0?E ，则与x i0相邻的顶点只能是(N G (x 1)-{y j0})∪{w},与y j0相邻的顶点只能是(N G (y 1)-{x j0})∪{w}。但与w 相邻的点至少是3，故N G (x 1)∪N G (y 1)中存在一个不同于x i0和y j0顶点z 与w 相邻，不妨设z ∈N G (x 1)，则z ，w ，x i0两两相邻，矛盾。 题1：已知图的结点集V ={a ,b ,c ,d }以及图G 和图D 的边集合分别为： E (G )={(a ,a ), (a ,b ), (b ,c ), (a ,c )} E (D)={, ,
常见问题： 1、图论的历史 图论以图为研究对象的数学分支。图论中的图指的是一些点以及连接这些点的线的总体。通常用点代表事物，用连接两点的线代表事物间的关系。图论则是研究事物对象在上述表示法中具有的特征与性质的学科。 在自然界和人类社会的实际生活中，用图形来描述和表示某些事物之间的关系既方便又直观。例如，国家用点表示，有外交关系的国家用线连接代表这两个国家的点，于是世界各国之间的外交关系就被一个图形描述出来了。另外我们常用工艺流程图来描述某项工程中各工序之间的先后关系，用网络图来描述某通讯系统中各通讯站之间信息传递关系，用开关电路图来描述IC中各元件电路导线连接关系等等。 事实上，任何一个包含了某种二元关系的系统都可以用图形来模拟。由于我们感兴趣的是两对象之间是否有某种特定关系，所以图形中两点之间连接与否最重要，而连接线的曲直长短则无关紧要。由此经数学抽象产生了图的概念。研究图的基本概念和性质、图的理论及其应用构成了图论的主要内容。 图论的产生和发展经历了二百多年的历史，大体上可分为三个阶段： 第一阶段是从1736年到19世纪中叶。当时的图论问题是盛行的迷宫问题和游戏问题。最有代表性的工作是著名数学家L.Euler于1736年解决的哥尼斯堡七桥问题(Konigsberg Seven Bridges Problem)。 东普鲁士的哥尼斯堡城(现今是俄罗斯的加里宁格勒，在波罗的海南岸）位于普雷格尔(Pregel)河的两岸，河中有一个岛，于是城市被河的分支和岛分成了四个部分，各部分通过7座桥彼此相通。如同德国其他城市的居民一样，该城的居民喜欢在星期日绕城散步。于是产生了这样一个问题：从四部分陆地任一块出发，按什么样的路线能做到每座桥经过一次且仅一次返回出发点。这就是有名的哥尼斯堡七桥问题。 哥尼斯堡七桥问题看起来不复杂，因此立刻吸引所有人的注意，但是实际上很难解决。 瑞士数学家(Leonhard Euler)在1736年发表的“哥尼斯堡七桥问题”的文章中解决了这个问题。这篇论文被公认为是图论历史上的第一篇论文，Euler也因此被誉为图论之父。 欧拉把七桥问题抽象成数学问题---一笔画问题，并给出一笔画问题的判别准则，从而判定七桥问题不存在解。Euler是这样解决这个问题的：将四块陆地表示成四个点，桥看成是对应结点之间的连线，则哥尼斯堡七桥问题就变成了：从A，B，C，D任一点出发，通过每边一次且仅一次返回原出发点的路线(回路)是否存在？Euler证明这样的回路是不存在的。 第二阶段是从19世纪中叶到1936年。图论主要研究一些游戏问题：迷宫问题、博弈问题、棋盘上马的行走线路问题。一些图论中的著名问题如四色问题(1852年)和Hamilton环游世界问题(1856年)也大量出现。同时出现了以图为工具去解决其它领域中一些问题的成果。1847年德国的克希霍夫(G.R.Kirchoff)将树
图论第三次作业 一、第六章 2.证明： 根据欧拉公式的推论，有m ≦l*(n-2)/(l-2), (1)若deg(f)≧4,则m ≦4*(n-2)/2=2n-4; (2)若deg(f)≧5,则m ≦5*(n-2)/3,即：3m ≦5n-10; (3)若deg(f)≧6,则m ≦6*(n-2)/4,即：2m ≦3n-6. 3.证明： ∵G 是简单连通图，∴根据欧拉公式推论，m ≦3n-6; 又，根据欧拉公式：n-m+φ=2,∴φ=2-n+m ≦2-n+3n-6=2n-4. 4.证明： (1)∵G 是极大平面图，∴每个面的次数为3， 由次数公式：2m==3φ, 由欧拉公式：φ=2-n+m, ∴m=2-n+m,即：m=3n-6. (2)又∵m=n+φ-2,∴φ=2n-4. (3)对于3n >的极大可平面图的的每个顶点v ，有()3d v ≥，即对任一一点或者
子图，至少有三个邻点与之相连，要使这个点或子图与图G 不连通，必须把与之相连的点去掉，所以至少需要去掉三个点才能使()(H)w G w G <-，由点连通度的定义知()3G κ≥。 5.证明： 假设图G 不是极大可平面图，那么G 不然至少还有两点之间可以添加一条边e ，使G+e 仍为可平面图，由于图G 满足36m n =-，那么对图G+e 有36m n '=-，而平面图的必要条件为36m n '≤-，两者矛盾，所以图G 是极大可平面图。 6.证明： (1)由()4G δ=知5n ≥当n=5时，图G 为5K ，而5K 为不可平面图，所以6n ≥，（由()4G δ=和握手定理有24m n ≥，再由极大可平面图的性质36m n =-，即可得6n ≥）对于可平面图有()5G δ≤，而6n ≥，所以至少有6个点的度数不超过5. (2)由()5G δ=和握手定理有25m n ≥，再由极大可平面图的性质36m n =-，即可得12n ≥，对于可平面图有()5G δ≤，而12n ≥，所以至少有12个点的度数不超过5. 二、第七章 2.证明： 设n=2k+1,∵G 是Δ正则单图，且Δ>0, ∴m(G)==>k Δ,由定理5可知χˊ(G)=Δ(G)+1.
图论〔Graph Theory〕是数学的一个分支。它以图为研究对象。图论中的图是由若干给定的点及连接两点的线所构成的图形，这种图形通常用来描述某些事物之间的某种特定关系，用点代表事物，用连接两点的线表示相应两个事物间具有这种关系。 图论与数学的关系 图论本身是应用数学的一部份，因此，历史上图论曾经被好多位数学家各自独立地建立过。关于图论的文字记载最早出现在欧拉1736年的论著中，他所考虑的原始问题有很强的实际背景。 图论的起源 图论起源于著名的柯尼斯堡七桥问题。在柯尼斯堡的普莱格尔河上有七座桥将河中的岛及岛与河岸联结起来 问题是要从这四块陆地中任何一块开始，通过每一座桥正好一次，再回到起点。然而无数次的尝试都没有成功。欧拉在1736年解决了这个问题，他用抽像分析法将这个问题化为第一个图论问题：即把每一块陆地用一个点来代替，将每一座桥用联接相应的两个点的一条线来代替，从而相当于得到一个“图”（如下图）。 欧拉证明了这个问题没有解，并且推广了这个问题，给出了对于一个给定的图可以某种方式走遍的判定法则。这就是后
来的欧拉路径和欧拉回路。这项工作使欧拉成为图论〔及拓扑学〕的创始人。 汉密尔顿的游戏与图论 1859年，英国数学家汉密尔顿发明了一种游戏：用一个规则的实心十二面体，它的20个顶点标出世界著名的20个城市，要求游戏者找一条沿着各边通过每个顶点刚好一次的闭回路，即“绕行世界”。用图论的语言来说，游戏的目的是在十二面体的图中找出一个生成圈。这个生成圈后来被称为汉密尔顿回路。这个问题后来就叫做汉密尔顿问题。由于运筹学、计算机科学和编码理论中的很多问题都可以化为汉密尔顿问题，从而引起广泛的注意和研究。 四色猜想 在图论的历史中，还有一个最著名的问题－－四色猜想。这个猜想说，在一个平面或球面上的任何地图能够只用四种颜色来着色，使得没有两个相邻的国家有相同的颜色。每个国家必须由一个单连通域构成，而两个国家相邻是指它们有一段公共的边界，而不仅仅只有一个公共点。这一问题最早于1852年由Francis Guthrie提出，最早的文字记载则现于德摩根于同一年写给哈密顿的信上。包括凯莱、肯普等在内的许多人都曾给出过错误的证明。泰特(Tait)、希伍德(Heawood)、拉姆齐和哈德维格(Hadwiger)对此问题的研究与推广引发了对嵌入具有不同亏格的曲面的图的着色问题的研究。一百多年后，四色问题仍未解决。1969年，Heinrich Heesch发表了一
图论复习题答案 一、 判断题，对打√，错打 1．无向完全图是正则图。( √ ) 2．零图是平凡图。( ) 3．连通图的补图是连通图. ( ) 4．非连通图的补图是非连通图。( ) 5．若连通无向简单图G中无圈，则每条边都是割边。( √ ) 6．若无向简单图G是（n，m）图，并且m=n-1，则G是树。( ) 7．任何树都至少有2片树叶。( ) 8．任何无向图G都至少有一个生成树。( ) 9．非平凡树是二分图。( √ ) 10．所有树叶的级均相同的二元树是完全二元树。( ) 11．任何一个位置二元树的树叶都对应唯一一个前缀码。( √ ) 12．3,3 K是欧拉图也是哈密顿图。( ) 13．二分图的对偶图是欧拉图。( ) 14．平面图的对偶图是连通图。( √ ) 15．设G*是平面图G的对偶图，则G*的面数等于G的顶点数。( )二、填空题 1．无向完全图K6有 15 条边。 2．有三个顶点的所有互不同构的简单无向图有 4 个。 3．设树T中有2个3度顶点和3个4度顶点，其余的顶点都是树叶，则T中有 10 片树叶。 4．若连通无向图G是（n，m）图，T是G的生成树，则基本割集 有 n-1 个，基本圈有 m-n+1 个。 5．设连通无向图G有k个奇顶点，要使G变成欧拉图，在G中至少要 加k / 2 条边。 6．连通无向图G是（n，m）图，若G是平面图，则G有m-n+2 个面。 三、解答题 1．有向图D如图1所示，利用D的邻接矩阵及其幂运算 求解下列问题： （1）D中长度等于3的通路和回路各有多少条。（2）求D的可达性矩阵。 （3）求D的强分图。 a b e 图1
解： （1） M=????????????????00010 1000000001 010******* M 2 =?? ?? ??? ? ??? ?????010******* 00010 1000001000 M 3=????????????????1000001000010000001010000 M 4=??????? ?????????0001001000100000100000010 由M 3可知，D 中长度等于3的通路有5条，长度等于3的回路有3条。 （2） I+M+M 2+M 3+M 4 =????????????? ???100000100000100 0001000001 +??????????? ?? ???000101000000001 010******* +??? ???? ? ??? ?? ???010000001000010 1000001000 + ????????????????1000001000010000001010000 +??? ?? ???????????0001001000100000100000010 = ??? ???? ? ????????21020 13010111110202011021 D 的可达性矩阵为 R=B （I+M+M 2+M 3+M 4 ）=??? ???? ? ????? ???110101********* 1101011011 （3）R T =????????????????11111 1111100100 1111100101 R×R T =??? ???? ? ??? ?????11010 11010 001001101000001 由矩阵R×R T 可知，该有向图的强分图有：{a}，{ b ，d ，e}， { c} a b e 图1
中国运筹学会图论组合分会《青年论文奖》奖励办法 （常务理事会2011年5月5日讨论通过） 第一章总则 为鼓励青年图论与组合工作者的学术进步，提倡青年学生和科研教学第一线的青年科技人员发扬勇于探索、创新进取的精神，表彰优秀的年轻学者的学术研究成果，中国运筹学会图论组合设立青年论文奖（下称《青年论文奖》），设一等奖一名，二等奖二名，另外设提名奖二名。 为了保证《青年论文奖》奖励工作的科学性、公正性和持久性，使《青年论文奖》的表彰奖励工作有利于促进青年学者对图论与组合的发展、普及做出突出贡献，特制定本奖励办法。 第二章组织机构 评选《青年论文奖》的领导机构是运筹学会图论组合分会常务理事会“青年论文奖奖励委员会”（以下简称奖励委员会）。奖励委员会受常务理事会领导，设主任委员一名，由中国运筹学会图论组合分会理事长担任；委员若干人，由部分中国运筹学会图论组合分会常务理事及有关专家担任。奖励委员会成员由常务理事会批准。其主要职责是：审查申请者材料、对合格申请者按照科学、公正的原则，组织评审、公布结果和异议处理等。 奖励委员会的办事机构是学会图论组合分会秘书处，在奖励委员会的领导下，承担日常工作。 奖励工作办事机构和评审委员会委员应坚持廉洁公正、不徇私情、遵守程序的工作原则，认真做好各项工作。 第三章奖励范围 《青年论文奖》的奖励范围是：中国运筹学会会员（包括学生会员），申请者年龄不超过40周岁（申请者需注明身份证号码）。 第四章申报与推荐 《青年论文奖》的申请采取专业委员会推荐和自由申请两种形式。申报青年运筹学奖应提交下列材料： 1.申请者应填写《中国运筹学会图论组合分会青年论文奖申报表》，在申请书 中应清楚地阐述所研究问题的重要性、建立的模型、方法和解决问题技术的科学性和创新性，并提出相应的证据。 2.参评论文必须是国内外学术刊物上近三年公开发表的研究论文。 3.提供两名具有正高级职称专家推荐信，其中至少一名推荐专家与申请人非同 一工作单位。 4.填写单位推荐意见，并由单位负责人签字和单位盖章。 申请人按照要求准备齐全的申报资料按规定的时间报送到学会图论组合分
3 图论 图论在计算机科学、信息科学、人工智能、网络理论、系统工程、控制论、运筹学和经济管理等领域有着广泛的应用。但很多图论问题虽易表达，却难以求解，其中有相当多的图论问题均属NP完全问题。本章主要介绍工程实用简单图论问题的并行算法及其MPI编程实现，包括传递闭包、连通分量、最短路径和最小生成树等。 1.1 传递闭包 设A是一个含N个顶点的有向图G的布尔邻接矩阵(Boolean Adjacent Matrix)，即元素a ij=1当且仅当从顶点i到j有一条有向边。所谓A的传递闭包（Transitive Closure），记为A+，是一个N×N的布尔矩阵，其元素b ij=1当且仅当：①i=j；或②从i出发存在有向路径到j，又称为顶点i到j可达。从G的布尔邻接矩阵A求出G的传递闭包，就称为传递闭包问题。 传递闭包问题有很强的应用背景，在科学计算中广泛存在。传递闭包问题的经典解法之一就是利用布尔矩阵的乘法来求解。本节将把这一算法分别在串行和并行机上实现。 1.1.1 传递闭包串行算法 利用布尔矩阵相乘求解传递闭包问题的原理为：对于布尔矩阵(A+I)k中的任一元素b ij，b ij=1表示从i到j存在长度小于等于k的可达路径，否则，b ij=0。显然对于k=1，(A+I)1中b ij=1当且仅当从i到j路径长度为0（i=j）或为1（从i到j存在有向边）；(A+I)2中，b ij=1当且仅当从i到j路径长度小于等于2；((A+I)2) 2中，b ij=1当且仅当从i到j路径长度小于等于4，等等。因为任意两点间如果存在可达路径，长度最多为N-1，所以k≥N-1时，(A+I)k 就是所求的传递闭包A+。于是(A+I)矩阵的㏒N次自乘之后所得的矩阵就是所求的传递闭包。 根据前面的叙述，很自然的有下面的传递闭包串行算法15.1，其时间复杂度为O(N3㏒N)。 算法15.1传递闭包串行算法 输入：图G的布尔邻接矩阵A 输出：A的传递闭包M procedure closure Begin (1)读入矩阵A /* 以下作A = A+I的运算*/ (2)for i=0 to N-1 do a(i, i) = 1 endfor /* 以下是A矩阵的㏒N次自乘，结果放入M矩阵；每次乘后，结果写回A矩阵*/ (3)for k=1 to㏒N do (3.1)for i=0 to N-1 do for j=0 to N-1 do s=0