图论及其应用(16)

电子科技大学研究生试题《图论及其应用》(参考答案)考试时间：120分钟一．填空题(每题3分，共18分)1．4个顶点的不同构的简单图共有__11___个；2．设无向图G 中有12条边，已知G 中3度顶点有6个，其余顶点的度数均小于3。

则G 中顶点数至少有__9___个；3．设n 阶无向图是由k(k ?2)棵树构成的森林，则图G 的边数m= _n-k____;4．下图G 是否是平面图？答__是___; 是否可1-因子分解？答__是_.5．下图G 的点色数=)(G χ______, 边色数=')(G χ__5____。

图G二．单项选择(每题3分，共21分)1．下面给出的序列中，是某简单图的度序列的是( A )(A) (11123); (B) (233445); (C) (23445); (D) (1333).2．已知图G 如图所示，则它的同构图是（ D ）3． 下列图中，是欧拉图的是（ D ）4． 下列图中，不是哈密尔顿图的是（B ）5． 下列图中，是可平面图的图的是（B ）AC DA B CD6．下列图中，不是偶图的是（ B ）7．下列图中，存在完美匹配的图是（B ）三．作图(6分)1．画出一个有欧拉闭迹和哈密尔顿圈的图；2．画出一个有欧拉闭迹但没有哈密尔顿圈的图；3．画出一个没有欧拉闭迹但有哈密尔顿圈的图；解： 四．(10分)求下图的最小生成树，并求其最小生成树的权值之和。

解：由克鲁斯克尔算法的其一最小生成树如下图：权和为：20.五．(8分)求下图G 的色多项式P k (G).解：用公式(G P k -G 的色多项式：)3)(3)()(45-++=k k k G P k 。

六．(10分) 22，n 3个顶点的度数为3，…，n k 个顶点的度数为k ，而其余顶点的度数为1，求1度顶点的个数。

解：设该树有n 1个1度顶点，树的边数为m.一方面：2m=n 1+2n 2+…+kn k另一方面：m= n 1+n 2+…+n k -1 v v 13图G由上面两式可得：n 1=n 2+2n 3+…+(k -1)n k七．证明：(8分) 设G 是具有二分类(X,Y)的偶图，证明(1)G 不含奇圈；（2）若|X |≠|Y |，则G 是非哈密尔顿图。

图论及其应用班级：图论1班学院：软件学院学号：2014110993姓名：张娇图论从诞生至今已近300年，但很多问题一直没有很好地解决。

随着计算机科学的发展，图论又重新成为了人们研究讨论的热点，图形是一种描述和解决问题直观有效的手段，这里给出图论在现实生活中的一些应用。

虽然最早的图论问题追溯1736年(哥尼斯堡七桥间题)，而且在19世纪关于图论的许多重要结论已得出。

但是直到20世纪20年代图论才引起广大学者的注意并得以广泛接受和传播。

图论即形象地用一些点以及点与点之间的连线构成的图或网络来表示具体问题。

利用图与网络的特点来解决系统中的问题，比用线性规划等其他模型来求解往往要简单、有效得多。

图论就是研究图和网络模型特点、性质和方法的理论。

图论在许多领域,诸如物理、化学、运筹学、计算机科学、信息论、控制论、网络理论、社会科学以及经济管理等各方面都有广泛的应用,它已经广泛地应用于实际生活、生产和科学研究中。

下面对最大流问题进行探究。

最大流问题主要探究最大流问题的Ford-Fulkerson解法。

可是说这是一种方法，而不是算法，因为它包含具有不同运行时间的几种实现。

该方法依赖于三种重要思想：残留网络，增广路径和割。

在介绍着三种概念之前，我们先简单介绍下Ford-Fulkerson方法的基本思想。

首先需要了解的是Ford-Fulkerson是一种迭代的方法。

开始时，对所有的u,v属于V，f(u,v)=0(这里f(u,v)代表u到v的边当前流量)，即初始状态时流的值为0。

在每次迭代中，可以通过寻找一个“增广路径”来增加流值。

增广路径可以看做是从源点s到汇点t之间的一条路径，沿该路径可以压入更多的流，从而增加流的值。

反复进行这一过程，直到增广路径都被找出为止。

举个例子来说明下，如图所示，每条红线就代表了一条增广路径，当前s到t的流量为3。

当然这并不是该网络的最大流，根据寻找增广路径的算法我们其实还可以继续寻找增广路径，最终的最大流网络如下图所示，最大流为4。

图和子图 图和简单图图 G = (V, E)V ---顶点集，ν---顶点数12ε E ---边集， ε---边数例。

左图中， V={a, b,......,f}, E={p,q, ae, af,......,ce, cf} 注意， 左图仅仅是图G 的几何实现（代表）， 它们有无穷多个。

真正的 图G 是上面所给出式子，它与顶点的位置、边的形状等无关。

不过今后对两者将经常不加以区别。

称 边 ad 与顶点 a (及d) 相关联。

也称 顶点 b(及 f) 与边 bf 相关联。

称顶点a 与e 相邻。

称有公共端点的一些边彼此相邻，例如p 与af 。

环（loop ，selfloop ）：如边 l 。

棱（link ）：如边ae 。

重边：如边p 及边q 。

简单图：（simple graph ）无环，无重边 平凡图：仅有一个顶点的图（可有多条环）。

一条边的端点：它的两个顶点。

记号：νε()(),()().G V G G E G ==。

习题1.1.1 若G 为简单图，则εν≤⎛⎝ ⎫⎭⎪2 。

1.1.2 n ( ≥ 4 )个人中，若每4人中一定有一人认识其他3人，则一定有一 人认识其他n-1人。

同构在下图中， 图G 恒等于图H , 记为 G = H ⇔ VG)=V(H), E(G)=E(H)。

图G 同构于图F ⇔ V(G)与V(F), E(G)与E(F)之间 各 存在一一对应关系，且这二对应关系保持关联关系。

记为 G ≅F。

注 往往将同构慨念引伸到非标号图中，以表达两个图在结构上是否相同。

de f G = (V , E )yz w cG =(V , E )w cyz H =(V ’, E ’)’a ’c ’y ’e ’z ’F =(V ’’, E ’’)注 判定两个图是否同构是NP-hard 问题。

完全图(complete graph) Kn空图（empty g.） ⇔ E = ∅ 。

V’ ( ⊆ V) 为独立集 ⇔ V’中任二顶点都互不相邻。

图论及其应用习题答案图论及其应用习题答案图论是数学的一个分支，研究的是图的性质和图之间的关系。

图是由节点和边组成的，节点表示对象，边表示对象之间的关系。

图论在计算机科学、电子工程、物理学等领域有着广泛的应用。

下面是一些图论习题的解答，希望对读者有所帮助。

1. 问题：给定一个无向图G，求图中的最大连通子图的节点数。

解答：最大连通子图的节点数等于图中的连通分量个数。

连通分量是指在图中，任意两个节点之间存在路径相连。

我们可以使用深度优先搜索（DFS）或广度优先搜索（BFS）来遍历图，统计连通分量的个数。

2. 问题：给定一个有向图G，判断是否存在从节点A到节点B的路径。

解答：我们可以使用深度优先搜索（DFS）或广度优先搜索（BFS）来遍历图，查找从节点A到节点B的路径。

如果能够找到一条路径，则存在从节点A到节点B的路径；否则，不存在。

3. 问题：给定一个有向图G，判断是否存在环。

解答：我们可以使用深度优先搜索（DFS）或广度优先搜索（BFS）来遍历图，同时记录遍历过程中的访问状态。

如果在搜索过程中遇到已经访问过的节点，则存在环；否则，不存在。

4. 问题：给定一个加权无向图G，求图中的最小生成树。

解答：最小生成树是指在无向图中，选择一部分边，使得这些边连接了图中的所有节点，并且总权重最小。

我们可以使用Prim算法或Kruskal算法来求解最小生成树。

5. 问题：给定一个有向图G，求图中的拓扑排序。

解答：拓扑排序是指将有向图中的节点线性排序，使得对于任意一条有向边(u, v)，节点u在排序中出现在节点v之前。

我们可以使用深度优先搜索（DFS）或广度优先搜索（BFS）来遍历图，同时记录节点的访问顺序，得到拓扑排序。

6. 问题：给定一个加权有向图G和两个节点A、B，求从节点A到节点B的最短路径。

解答：我们可以使用Dijkstra算法或Bellman-Ford算法来求解从节点A到节点B的最短路径。

这些算法会根据边的权重来计算最短路径。

图论的发展及其在生活中的应用数学与应用数学张佳丽指导教师刘秀丽摘要主要介绍了图论的起源与发展及其生活中的若干应用，如：渡河问题、旅游推销员问题、最小生成树问题、四色问题、安排问题、中国邮递员问题。

同时也涉及到了几种在图论中应用比较广泛的方法，如：最邻近法、求最小生成树的方法、求最优路线的方法等。

关键词图论生活问题应用Graph Theory Development and the Application in LifeMathematics and applied mathematics Zhang JialiTutor Liu XiuliAbstract This paper mainly introduces the origin and development of graph theory and its several applications in our life, such as: crossing river problem, traveling salesman problem, minimum spanning tree problem, four color problem，arrangement problem，Chinese postman problem．It also researches several methods that are more widely applied in graph theory, for example: the method of most neighboring, the method of solving the minimum spanning tree，the method of the best route，and so on．Key words graph theory life problem application引言图论是一门古老的学科，是数学中有广泛应用的一个分支，与其他的数学分支，如群论、矩阵论、概率论、拓扑学、数分析等有着密切的联系．图论中以图为研究对象，图形中我们用点表示对象，两点之间的连线表示对象之间的某种特定的关系．事实上，任何一个包含了二元关系的系统都可以用图论来模拟．而且,图论能把纷杂的信息变的有序、直观、清晰．由于我们感兴趣的是两对象之间是否有某种特定关系，所以图形中两点间连接与否尤为重要，而图形的位置、大小、形状及连接线的曲直长短则无关紧要．图论在自然科学、社会科学等各个领域都有广泛的应用．随着科学的发展，以及生产管理、军事、交通运输等方面提出了大量实际的需要，图论的理论及其应用研究得到飞速发展。

图论的基本概念和应用图论是数学中的一个重要分支，研究的是图的性质和图之间的关系。

图论在计算机科学、网络科学、运筹学等领域有着广泛的应用。

本文将介绍图论的基本概念和一些常见的应用。

图的定义图是由节点（顶点）和边组成的一种数据结构。

节点表示对象，边表示对象之间的关系。

图可以分为有向图和无向图两种类型。

有向图有向图中，边是有方向的，表示从一个节点到另一个节点的关系。

如果从节点A到节点B存在一条边，那么我们称节点A指向节点B。

无向图无向图中，边是没有方向的，表示两个节点之间的关系。

如果两个节点之间存在一条边，那么我们称这两个节点是相邻的。

图的表示方法图可以用多种方式进行表示，常见的有邻接矩阵和邻接表两种方法。

邻接矩阵邻接矩阵是一个二维数组，其中行和列分别表示图中的节点，数组元素表示节点之间是否存在边。

如果节点i和节点j之间存在边，则邻接矩阵中第i行第j列的元素为1，否则为0。

邻接表邻接表是一种链表的形式，其中每个节点都有一个链表，链表中存储了与该节点相邻的节点。

邻接表更加节省空间，适用于稀疏图。

图的遍历图的遍历是指从图中的某个节点出发，按照一定规则依次访问图中的所有节点。

常见的图遍历算法有深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）。

深度优先搜索（DFS）深度优先搜索是一种递归的遍历算法，从起始节点开始，沿着一条路径尽可能深入地访问图中的节点，直到无法继续深入为止，然后回溯到上一个节点，继续访问其他未被访问过的节点。

广度优先搜索（BFS）广度优先搜索是一种非递归的遍历算法，从起始节点开始，按照距离起始节点的距离逐层访问图中的节点。

首先访问起始节点，然后访问与起始节点相邻的所有节点，再访问与这些相邻节点相邻的所有未被访问过的节点，以此类推。

图的应用图论在许多领域都有着广泛的应用，下面介绍几个常见的应用场景。

社交网络分析社交网络是一个典型的图结构，其中节点表示用户，边表示用户之间的关系。

通过对社交网络进行图论分析，可以研究用户之间的关系、社区发现、信息传播等问题。

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,则至少有一条闭通道。

(3)如恰有n-1条边，则至少有一个奇度点。

证明(1)若对V v e V(G),有d(v)N2,则：2m=E d(v)N2n n m N n〉n-1,矛盾！若G中有1度顶点，对顶点数n作数学归纳。

当n=2时，G显然至少有一条边，结论成立。

设当n=k时，结论成立，当n=k+1时，设d(v)=1,则G-v是k阶连通图，因此至少有k-1条边，所以G 至少有k条边。

(2)考虑匕-v2f ...-v n的途径，若该途径是一条路，则长为n-1,但图G的边数大于n-1,因此存在v i,v j,使得v i adgv j,这样，v i f %「...f v j并上v i v j构成一条闭通道；若该途径是一条非路，，易知，图G有闭通道：1" 1 "(3)若不然，对V v e V(G)市d(v)N2,则：2m=E d(v)N2n n m N n〉n-1,与已知矛盾！2.设G是n阶完全图，试问(1)有多少条闭通道？(2)包含G中某边e的闭通道有多少？(3)任意两点间有多少条路？答(1) (n-2)! (2) (n-1)!/2 (3) 1+(n-2)+(n-2)(n-3)+(n-2)(n-3)(n-4)+...+(n-2)...1.3.证明图1-27中的两图不同构：图1-27证明容易观察出两图中的点与边的邻接关系各不相同，因此，两图不同构。

4.证明图1-28中的两图是同构的图1-28证明将图1-28的两图顶点标号为如下的(a)与(b)图作映射 f : f(v i)f u i (1< i < 10)容易证明，对V v i v j G E((a)),有^v i v j)=u i u j E E((b)) (1< i < 10, 1<j< 10 ) 由图的同构定义知，图1-27的两个图是同构的。

图论及应用参考答案图论及应用参考答案图论是数学中的一个重要分支，研究的是图的性质和图之间的关系。

图由节点（顶点）和边组成，节点代表对象，边代表对象之间的关系。

图论不仅在数学中有广泛的应用，也在计算机科学、物理学、生物学等领域中发挥着重要的作用。

本文将介绍图论的基本概念和一些应用。

一、图论的基本概念1. 图的类型图分为有向图和无向图。

有向图中的边有方向，表示节点之间的单向关系；无向图中的边没有方向，表示节点之间的双向关系。

2. 图的表示方法图可以用邻接矩阵或邻接表来表示。

邻接矩阵是一个二维数组，其中的元素表示节点之间是否有边相连；邻接表是一个链表数组，数组中的每个元素对应一个节点，链表中存储了该节点相邻的节点。

3. 图的性质图的性质包括节点的度、连通性和路径等。

节点的度是指与该节点相连的边的数量；连通性指的是图中任意两个节点之间是否存在路径；路径是指由边连接的节点序列。

二、图论在计算机科学中的应用1. 最短路径算法最短路径算法是图论中的经典问题之一，它用于计算图中两个节点之间的最短路径。

著名的最短路径算法有迪杰斯特拉算法和弗洛伊德算法。

这些算法在网络路由、地图导航等领域中有广泛的应用。

2. 最小生成树算法最小生成树算法用于找到一个连通图的最小生成树，即包含所有节点且边的权重之和最小的子图。

普里姆算法和克鲁斯卡尔算法是常用的最小生成树算法。

这些算法在电力网络规划、通信网络设计等领域中有重要的应用。

3. 图的着色问题图的着色问题是指给定一个图，将每个节点着上不同的颜色，使得相邻节点之间的颜色不同。

这个问题在地图着色、任务调度等方面有实际应用。

三、图论在物理学中的应用1. 粒子物理学在粒子物理学中，图论被用来描述和分析粒子之间的相互作用。

图论模型可以帮助研究粒子的衰变、散射等过程，为理解物质的基本结构提供了重要的工具。

2. 统计物理学图论在统计物理学中也有应用。

例如，渗透模型中的图可以用来研究流体在多孔介质中的渗透性质，为石油勘探、水资源管理等提供了理论基础。

电子科技大学研究生试题《图论及其应用》(参考答案)考试时间：120分钟一．填空题(每题3分，共18分)1．4个顶点的不同构的简单图共有__11___个；2．设无向图G 中有12条边，已知G 中3度顶点有6个，其余顶点的度数均小于3。

则G 中顶点数至少有__9___个；3．设n 阶无向图是由k(k ≥2)棵树构成的森林，则图G 的边数m= _n-k____;4．下图G 是否是平面图？答__是___; 是否可1-因子分解？答__是_.5．下图G 的点色数=)(G χ______, 边色数=')(G χ__5____。

图G图G二．单项选择(每题3分，共21分)1．下面给出的序列中，是某简单图的度序列的是( A )(A) (11123); (B) (233445); (C) (23445); (D) (1333).2．已知图G 如图所示，则它的同构图是（ D ）3． 下列图中，是欧拉图的是（ D ）4． 下列图中，不是哈密尔顿图的是（B ）5． 下列图中，是可平面图的图的是（B ）A Bb c123A B 3CDAD6．下列图中，不是偶图的是（ B ）7．下列图中，存在完美匹配的图是（B ）三．作图(6分)1．画出一个有欧拉闭迹和哈密尔顿圈的图；2．画出一个有欧拉闭迹但没有哈密尔顿圈的图；3．画出一个没有欧拉闭迹但有哈密尔顿圈的图；解：四．(10分)求下图的最小生成树，并求其最小生成树的权值之和。

A B DC123A B DC解：由克鲁斯克尔算法的其一最小生成树如下图：权和为：20.五．(8分)求下图G 的色多项式P k(G).解：用公式)()()(e G P G P e G P k k k •+=-，可得G 的色多项式：)3)(2()1()()(3)()(2345---=++=k k k k k k k G P k 。

六．(10分) 一棵树有n 2个顶点的度数为2，n 3个顶点的度数为3，…，n k 个顶点的度数为k ，而其余顶点的度数为1，求1度顶点的个数。

16、Kruskal 算法能否用来求：（1）赋权连通图中的最大权值的树？（2）赋权图中的最小权的最大森林？如果可以，怎样实现？解：（1）不能，Kruskal 算法得到的任何生成树一定是最小生成树。

（2）可以，步骤如下：步骤一：选择边e1，是的尽可能小；)(1e ω步骤二：若已选定边，则从选取，使i e e e ,...,,21},...,{\21i e e e E 1+i e a 、为无圈图}],...,[{121+i e e e G b 、是满足a 的尽可能小的权；)(1+i e ω步骤三：当步骤二不能继续执行时停止；习题三3.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。

证明：（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，显然的是阶数大于3的块，由定理，G 中的u,v 位于同一个圈上，于是1G 1G 中u 与边e 都位于同一个圈上。

1G (2)→(3):无环，且任意一点和任意一条边都位于同一个圈上，任取的点u ，边e ，若在上，则三个不同点位于同一个闭路，即位于同一条路，如不在上，由定理，的两点在同一个闭路上，在边插入一个点v ，由此得到新图，显然的是阶数大于3的块，则两条边的三个不同点在同一条路上。

(3)→(1):连通，若不是块，则中存在着割点，划分为不同的子集块,,,无环，，点在每一条的路上，则与已知矛盾，是块。

12,x v y v ∈∈13、设H 是连通图G 的子图，举例说明：有可能k(H)> k(G).解：通常.eH整个图为，割点左边的图为的的子图，，则.。

图论的基本概念及其应用图论是离散数学中的一个重要分支，研究的是图的性质和图之间的关系。

图由节点和连接节点的边组成，以解决现实生活中的许多问题。

本文将介绍图论的基本概念，并探讨它在不同领域中的应用。

一、图的基本概念1. 节点和边图由节点（顶点）和边组成，节点代表某个实体或概念，边表示节点之间的关系。

节点和边可以有不同的属性，如权重、方向等。

2. 有向图和无向图有向图中，边有固定的方向，表示节点之间的单向关系；无向图中，边没有方向，节点之间的关系是相互的。

3. 连通图和非连通图连通图是指图中任意两个节点之间都存在路径；非连通图则存在至少一个节点无法到达其它节点。

4. 网络流每条边上有一个容量限制，网络流通过边传输，满足容量限制的条件下尽可能多地进行。

二、图论在计算机科学中的应用1. 最短路径通过图论中的最短路径算法，可以计算出两个节点之间的最短路径。

最短路径在无人驾驶、物流配送等领域中具有重要的应用价值。

2. 最小生成树最小生成树算法用于寻找连接图中所有节点的最小总权重的树形结构。

在通信网络、电力输送等领域中，最小生成树被广泛应用。

3. 网络流问题图论中的网络流算法可以用于解决诸如分配问题、路径规划等优化问题。

例如，在医疗资源调度中，网络流算法可以帮助医院优化资源分配。

三、图论在社交网络分析中的应用1. 社交网络社交网络可以用图模型来表示，节点代表个体，边表示个体之间的联系。

利用图论分析社交网络，可以发现用户群体、影响力传播等信息。

2. 中心性分析中心性分析用于评估节点在网络中的重要性，衡量指标包括度中心性、接近中心性等。

中心节点的识别对于广告投放、信息传播等决策具有指导意义。

3. 社团检测社团检测可以发现社交网络中具有紧密联系的节点群体，进一步分析社交群体的行为模式、用户偏好等。

四、图论在物流优化中的应用1. 供应链管理供应链中的各个环节可以用图模型表示，通过图论算法优化物流路径，提高物流效率。

2. 仓库位置问题通过图论中的最短路径算法和最小生成树算法，可以找到最佳的仓库位置，使物流成本最小化。

图论的基本定义和应用图论是一门数学分支，它以图这一数学结构为基础，研究各种图上的问题。

图是一种结构，包括顶点和边，顶点代表图中的元素，边描述元素之间的关系。

图论是研究图这一数学结构的性质和应用的学科。

图的基本定义在图论中，一个图由顶点集合V和边集合E组成，一般记为G = (V, E)。

其中，V是图中所有顶点的集合，E是图中所有边的集合。

如果边是由独立的顶点对构成的，就称这种图为无向图；如果边是由有序的顶点对构成的，就称这种图为有向图。

每条边都可以表示为(e,u,v)，其中e是边的标识，u和v是与边相连的两个顶点。

图的结构在图论中，有些图具有特定的结构，这些结构可以被用于解决各种各样的问题。

下面是一些常见的图结构。

树型结构：树是一种无环连接的图，其中有一个特殊的顶点称为根。

在树中，从根到任意一个顶点所经过的边所构成的路径都是唯一的。

树是一种重要的数据结构，被广泛应用于计算机科学和其他领域。

环型结构：环也是一种无向图，但是它具有特定的环形结构，其中每个顶点都与它相邻的两个顶点相连。

环型结构被广泛应用于通信网络和其他领域的设计中。

网状结构：网状结构是由多个环型结构和其他结构组合而成的图，其中有多个顶点是连接到其他顶点上的。

网状结构在物流和电力等领域中被广泛应用。

图的应用图论被广泛应用于计算机科学、工程和管理学等领域。

下面是一些常见的图论应用。

路由算法：在通信网络中，路由算法被用来确定包从源节点到目标节点的最佳路径。

路由算法可以利用图的结构来计算最短路径或其他优化路径。

最优化问题：许多最优化问题可以被转换为图的形式，例如最短路径问题和最小生成树问题。

通过使用图的模型来解决这些问题可以提高效率和可靠性。

社交网络分析：社交网络可以用图的形式进行建模，每个人都是一个顶点，他们之间的关系可以表示为边。

通过社交网络分析，可以了解网络中的信息流动模式和社交结构。

总结图论是一门广泛应用于各种学科的数学分支，其基本定义包括顶点和边。