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离散数学：特殊图

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离散数学(chapter10一些特殊的图)精品PPT课件

离散数学(chapter10一些特殊的图)精品PPT课件
因为每个值班人员的值班天数都不多于四天，故每 个结点的度数至少是３，任两个结点度数的和至少是 ６，根据判断定理（1）， G包含一条哈密尔顿通路， 它对应着一个可行的值班安排方案。
29.11.2020
离散数学
31
§10.4 平面图
一、平面图的基本概念及性质
平面图：图G若能够以除顶点外没有边交叉的方式 画在平面上，则称G为平面图。 画出的没有边交叉的图称为G的一个平面嵌入。
大臣要求男女各站一边，彼此愿意成婚的举手，结 果大臣认为无法配对成婚。
但国王不理解他的解释，他的命运？
29.11.2020
离散数学
3
用图表示卫士与宫女愿意成婚的关系： 卫士
宫女
29.11.2020
离散数学
4
1994年全国大学生数学建模竞赛B题：锁具装箱问题
某厂生产一种弹子锁具, 每个锁具的钥匙有 5 个槽, 每个槽的高度从 {1,2,3,4, 5,6} 6 个数 (单位略) 中任取一数. 由于工艺及其它原因, 制 造锁具时对 5 个槽的高度 还有两个限制: 至少有 3 个不同的数; 相邻两槽高度之差不能为 5. 满足 以上条件制造 出来的所有互不相同的锁具称为一 批. 出来的所有互不相同的锁具称为一 批.
K5
K3,3
29.11.2020
离散数学
32
面：设G是一个连通的平面图(G的某个平面嵌入)， G的边将G所在的平面划分成若干个区域， 每个区域称为的一个面。
其中面积无限的区域称为无限面(或外部面)，记R0， 面积有限的区域称为有限面(或内部面)。
29.11.2020
离散数学
33
包围每个面的所有边所构成的回路称为该面的边界。 边界的长度称为该面的次数，R的次数记为deg(R)。

武汉大学《离散数学》课件-第5章

武汉大学《离散数学》课件-第5章
(1) 若i(1il), vi1, vi是ei的端点(对于有向图, 要求vi1是始点,
vi是终点), 则称为通路, v0是通路的起点, vl是通路的终点, l为通路的长度. 又若v0=vl，则称为回路.
(2) 若通路(回路)中所有顶点(对于回路, 除v0=vl)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.
32
通路与回路(续)
定理 在n阶图G中，若从顶点u到v（uv）存在通 路，则从u到v存在长度小于等于n1的通路. 推论 在n阶图G中，若从顶点u到v（uv）存在通 路，则从u到v存在长度小于等于n1的初级通路.
定理 在一个n阶图G中，若存在v到自身的回路，则 一定存在v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到自身的简单回 路，则存在v到自身长度小于等于n的初级回路.
D
D[{e1,e3}]
D[{v1,v2}]
26
补图
定义 设G=<V,E>为n阶无向简单图，以V为顶点集, 所有使G成为完全图Kn的添加边组成的集合为边集 的图，称为G的补图，记作 G . 若G G , 则称G是自补图.
例 对K4的所有非同构子图, 指出互为补图的每一对 子图, 并指出哪些是自补图.
图论
1
图论部分
第5章 图的基本概念 第6章 特殊的图 第7章 树
2
第5章 图的基本概念
5.1 无向图及有向图 5.2 通路, 回路和图的连通性 5.3 图的矩阵表示 5.4 最短路径, 关键路径和着色
3
5.1 无向图及有向图
▪ 无向图与有向图 ▪ 顶点的度数 ▪ 握手定理 ▪ 简单图 ▪ 完全图 ▪ 子图 ▪ 补图
27
5.2 通路、回路、图的连通性

离散数学 第八章

离散数学 第八章
12
欧拉图(续)
例 图中, (1), (4)为欧拉图; (2), (5)为半欧拉图; (3)，(6)既不 是欧拉图, 也不是半欧拉图. 在(3), (6)中各至少加几条边才能成为欧拉图?
13
欧拉图的判别法
定理 无向图G为欧拉图当且仅当G连通且无奇度顶点. 无向图G是半欧拉图当且仅当G连通且恰有两个奇度顶点. 定理 有向图D是欧拉图当且仅当D连通且每个顶点的入度都 等于出度. 有向图D具有欧拉通路当且仅当D连通且恰有两个奇度顶 点, 其中一个入度比出度大1, 另一个出度比入度大1, 其余 顶点的入度等于出度.
9
8.2 欧拉图
欧拉通路 欧拉回路 欧拉图 半欧拉图
10
哥尼斯堡七桥问题
欧拉图是能一笔画出的边不重复的回路.
11
欧拉图
欧拉通路: 图中行遍所有顶点且恰好经过每条边一次的通路. 欧拉回路: 图中行遍所有顶点且恰好经过每条边一次的回路. 欧拉图: 有欧拉回路的图. 半欧拉图: 有欧拉通路而无欧拉回路的图. 几点说明： 上述定义对无向图和有向图都适用. 规定平凡图为欧拉图. 欧拉通路是简单通路, 欧拉回路是简单回路. 环不影响图的欧拉性.
第8章 一些特殊的图
8.1 二部图 8.2 欧拉图 8.3 哈密顿图 8.4 平面图
1
8.1 二部图 二部图 完全二部图 匹配 极大匹配 最大匹配 匹配数 完备匹配
2
二部图
定义 设无向图 G=<V,E>, 若能将V 划分成V1 和 V2 (V1V2=V, V1V2=), 使得G中的每条边的两个端 点都一个属于V1, 另一个属于V2, 则称G为二部图, 记为<V1,V2,E>, 称V1和V2为互补顶点子集. 又若G 是简单图, 且V1中每个顶点都与V2中每个顶点相邻, 则称G为完全二部图, 记为Kr,s, 其中r=|V1|, s=|V2|. 注意: n 阶零图为二部图.

离散数学图论

离散数学图论

例：把下面的m叉树改写为二叉树。
14
第七章 图论
信 息 科 学 与 工 程 学 院
练习：把下面的有序树改写为二叉树。
。 。 。。 。 。。 。 。 。 知识点提示：
。 。。
。 。 。
。
课下自学
此方法可推广至有序森林到二叉树的转换。 此方法具有可逆性。
15
第七章 图论
信 息 科 学 与 工 程 学 院
给定一棵2叉树T，设它有t片树叶。设v为T的一个分枝点， 则v至少有一个儿子，最多有两个儿子。若v有两个儿 子，在由v引出的两条边上，左边的标上0，右边的标 上1；若v有一个儿子，在由v引出的边上可标上0，也
可标上1。设vi为T的任一片树叶，从树根到vi的通路
上各边的标号组成的0，1串组成的符号串放在vi处，t 片树叶处的t个符号串组成的集合为一个二元前缀码。
定义7-8.5
在根树中， 科 一个结点的通路长度为从树根到此结点的通路中的边 学 数。 与 分枝点的通路长度称为内部通路长度。 树叶的通路长度称为外部通路长度。
工 程 学 院
。 。 。 。。 A 。 。 。。
18
第七章 图论
信 息 科
定理7-8.2
若完全二叉树有n个分枝点，且内部通路长度总和为L，外 部通路长度总和为E，则 E=L+2n。 证明：
学 与 工 程 学 院
对分枝点数目n进行归纳证明。
。
当n=1时，如右图所示，
L=0， E=2，
。
。
显然， E=L+2n成立。
19
第七章 图论
信 息 科 学
定理7-8.2 若完全二叉树有n个分枝点，且内部通路长度总 和为L，外部通路长度总和为E，则 E=L+2n。 证明：

离散数学_无向图和有向图

离散数学_无向图和有向图
21
例2 (续)
(2)
(3)
不同构 入(出)度列不同
度数列相同 但不同构 为什么?
22
完全图
n阶无向完全图Kn: 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
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, 并指出哪些是自补图.
27
5
无向图与有向图(续)
定义 有向图D=<V,E>, 其中 (1) V同无向图的顶点集, 元素也称为顶点 (2) 边集E为VV的多重子集，其
元素称为有向边，简称边. 用无向边代替D的所有有向边 所得到的无向图称作D的基图
右图是有向图，试写出它的V和E 注意：图的数学定义与图形表示,在 同构(待叙)的意义下是一一对应的
V 中的所有边为边集的G的子图称作V 的导 出子图，记作 G[V ] (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 G[E ]
25
子图(续)
例 画出K4的所有非同构的生成子图
26
补图
定义 设G=<V,E>为n阶无向简单图，以V为顶点集, 所有使G成为完全图Kn的添加边组成的集合为边集 的图，称为G的补图，记作 G . 若G G , 则称G是自补图.
12
握手定理(续)
推论 在任何无向图和有向图中，奇度顶点的个数必
为偶数.
证 设G=<V,E>为任意图，令

离散数学第8章 图论

离散数学第8章 图论
ij
为d（vi，vj）。
8.2
图的矩阵表示
一、图的邻接矩阵 二、图的连接矩阵
三、图的关联矩阵
二、图的连接矩阵 定义 8-9 设图 G= （ V ， E ），其中 V={v1 ，
v2 ， … ， vn } ， n 阶方阵 C= （ cij ），称为图 G 的连接 矩阵，其中第i行j列的元素
1 c ij 0
利用邻接矩阵，我们可以 （1）判断G中任意两个结点是否相连接；
方法是：对 l=1，2，…，n–1，依次检查Al的（i，j）
项元素
(l （ ) ij）是否为0，若都为0，那么结点v 与v 不 a ij i j
相连接，否则vi与vj有路相连接。 （2）计算结点vi与vj之间的距离。
(1) ( 2) ( n 1) 中至少有一个不为0， 若 aij , aij , , aij 则可断定vi与vj相连接，使 a (l ) 0 的最小的 l 即
若中有相同的结点，设为ur= uk（r<k），则子路ur+1…uk可以从 中删去而形成一条较短的路= viu1…ur uk+1…uh–1 vj，仍连接vi到 vj 。 若中还有相同的结点，那么重复上述过程又可形成一条 更短的路，…。这样，最后必得到一条真路，它连接vi到vj， 并短于前述任一非真路。因此，只有真路才能是短程。
非真 生成
真 生成
真 非生成
非真 非生成
真 非生成
七、路与回路 定义:图G中l条边的序列{v0，v1}{v1，v2}…{vl–1，vl}称为连
接v0到vl的一条长为 l 的路。它常简单地用结点的序列 v0v1v2…vl–1vl来表示。其中v0和vl分别称为这条路的起点和终点。 开路：若v0vl，则称路v0v1v2…vl–1vl为开路； 回路：若v0=vl，则称路v0v1v2…vl–1vl为回路； 真路：若开路v0v1v2…vl–1vl中，所有结点互不相同（此时所有 边也互不相同），则称该路为真路； 环：在回路v0v1v2…vl–1v0中，若v0，v1，v2，…，vl–1 各不相同 （此时所有边也互不相同），则称该回路为环。

离散数学欧拉图


欧拉图的判断方法
在计算机科学中，欧拉图还可用于描述有向图（Directed Graph） 的路径问题，例如，欧拉路径（Euler Path）和欧拉回路 （Eulerian Circuit） 欧拉路径是指一条路径包含图中所有的边恰好一次。而欧拉回路 是指一条闭合路径包含图中所有的边恰好一次。一个图存在欧拉 回路当且仅当该图的每条边的权值都是偶数 在复杂网络理论中，欧拉图可以用于描述网络的结构和行为，例 如社交网络、互联网、脑科学等领域的网络。在这些网络中，节 点代表个体或事件，边代表它们之间的联系或互动。通过对这些 网络进行分析，可以发现它们的结构和行为规律，从而更好地理 解和预测网络的行为 此外，欧拉图还可以用于构建和分析化学分子的结构。在化学中， 欧拉图是一种用于表示分子结构的图形，其中顶点代表原子，边 代表化学键。通过分析欧拉图，可以了解分子的结构、性质和反 应行为等信息
在这个图中，每个顶点都有偶数条边连接，并且存在一条路径（A---B---C---D---E---F--A）包含所有顶点，且每个边都只经过一次
欧拉图的性质
欧拉图的性质
欧拉图具有以下性质 欧拉图的边数一定是偶数 欧拉图一定是连通的（即所有顶点之间都有路径相连） 欧拉图中的任何两个顶点之间都有偶数条边相连 如果一个图是欧拉图：那么它的每个子图都是欧拉图
欧拉图的判断方法
对于一个连通图：如果它的所有边都可以被一个2-因子覆盖（即每个顶点都在两个2因子中出现），那么这个图是欧拉图。否则，这个图不是欧拉图 对于一个连通图：如果它可以被分解成两个子图，每个子图都包含所有的顶点并且所 有边的数量相同，那么这个图是欧拉图。否则，这个图不是欧拉图
对于一个连通图：如果它可以被分解成两个子图，每个子图的边数相同并且所有顶点 的度数相同（即每个顶点的度数都是偶数），那么这个图是欧拉图。否则，这个图不 是欧拉图。除了以上方法，还有一些复杂的方法可以判断一个图是否为欧拉图，例如 通过检查图的子图或者通过编程实现图的遍历算法。这些方法需要更深入的图论知识 和计算机科学知识，但它们可以提供更准确和高效的结果

离散数学及其应用课件：特殊图


特殊图
图6-7 基于用户的协同过滤
特殊图
基于物品的协同过滤算法与基于用户的协同过滤算法类 似,只是将商品和用户互换。通过计算不同用户对不同物品 的评分获得物品间的关系,基于物品间的关系对用户进行相 似物品的推荐。举个例子:若用户A 购买了商品a 和b,那么说 明a 和b 的相关度较高。当用户B 也购买了商品a,就可以推 断用户 B 也有购买商品b 的需求。该算法可描述如图 6-8所示。
特殊图
图6-6-题设对应的二部图
特殊图
基于用户的协同过滤算法是通过用户的历史行为(如商 品购买、收藏、内容评价或分享)数据发现用户对商品或内 容的喜欢程度,并对这些喜好进行度量和打分,然后根据不同 用户对相同商品或内容的偏好程度计算用户之间的关系,在 有相同喜好的用户之间进行商品推荐。比如:若A,B 两个用户 都购买了x,y,z 三本图书,并且给出了5星好评,那么A,B 属于同 一类用户,可以将A 看过的书w 推荐给用户B,也可以将B 买过 的商品β推荐给用户A。该算法可描述如图6-7所示。
特殊图
特殊图
解 表6-1中的关系可以用一个二部图G=<V1,V2,E>表示, 如图6-6所示,其中V1={A1,A2,A3,A4,A5}表示5名应届毕业 生,V2={C1,C2,C3,C4,C5}表示五座西部城市。因为A1、A2、A3、 A4、A5 关联的边数分别为2、2、2、3、3,所以每个顶点至少 关联t=2条边,而C2、C3 关联了4条边,4>2,所以不满足t条件,于 是找不到合适的匹配,使得每个人都能去到自己想去的城市。
特殊图 例6.6-考虑图6-16,判断它们是否是欧拉图或半欧拉图,为
什么?
图6-16-有向图的欧拉图判定
特殊图

离散数学-几种特殊图

第四讲几种特殊图一、小结本讲主要介绍欧拉图与汉密尔顿图、平面图与着色以及一些相关的概念与结论等。

1．欧拉图的概念给定无孤立结点图G ，若存在一条路经过图G的每条边一次且仅一次，则该路称为欧拉路；若存在一条回路经过图G的每条边一次且仅一次，在该回路称为欧拉回路；具有欧拉回路的图称为欧拉图；具有欧拉路但无欧拉回路的图称为半欧拉图。

规定平凡图为欧拉图。

2．欧拉路与回路存在的充要条件无向图G具有一条欧拉路，当且仅当G是连通的，且有零个或2个奇数度数的结点。

无向图G具有一条欧拉回路，当且仅当G是连通的，并且它的结点度数都是偶数的。

3．汉密尔顿图的概念给定图G ，若存在一条路经过图G的每个结点一次且仅一次，则该路称为汉密尔顿路；若存在一条回路经过图G的每个结点一次且仅一次，则该回路称为汉密尔顿回路；具有汉密尔顿回路的图称为汉密尔顿图；具有汉密尔顿路但无汉密尔顿回路的图称为半汉密尔顿图。

4．汉密尔顿回路存在的必要条件若图G=<V,E>中具有一条汉密尔顿回路，则对于结点集V的每个非空子集S均有W(G-S)￡|S|成立，其中W(G-S)是（G-S）中连通分支数。

5．汉密尔顿路存在的充分条件设G=<V，E>是具有n个结点的简单图，若在G中每一对结点度数之和大于等于n - 1，则在G中存在一条汉密尔顿路。

6．平面图的概念设G=<V，E>是一个无向图，如果能把G的所有结点与边画在平面上，并且使得任何两条边除端点外没有其他的交点，则称G是一个平面图（也称可平面图）.显然平面图的边与边只在结点处相交。

将平面图“图示在平面上”，有时也说成“将平面图嵌入一平面”。

7．平面图的面、边界、面的次数等概念设G是一个连通平面图，如果由图中的边所包围的一个区域内既不包含图的结点，也不包含图的边，则这个区域称为G的一个面，包围该面的所有边所构成的回路称为这个面的边界。

面r的边界的回路长度称为该面的次数，记为deg(r)。

离散数学 第4-5章


例题6： 1 2 带权图如右，求图的最小生成树 6 5 e 4 解：选取含最大边(c,d)的回路cdec， 3 删去其中权数最大的边(c,d)，然后 b 1 c 再选取含最大边(a,b)的回路abea，删去其中权数最 大的边(a,b)，再选取含最大边(c,e)的回路bceb，删 去其中权数最大的边(c,e)，再选取含最大边(a,d)的 回路adea，删去其中权数最大的边(a,d)，即得最小 a 生成树。 d 1 T=<{a,b,c,d,e},{(c,b),(b,e),(e,a),(e,d)}>。 e 2
汉密尔顿图的判定：
必要条件但不是充分条件定理： 1。在汉密尔顿图G中删除结点集V1后，G－V1的 连通分支数W (G V1 ) | V 1|。不满足这一条件的图一 定不是汉密尔顿图。 充分条件但不是必要条件定理： 2。如果无向简单图G中任何一对结点的度数之和 都大于等于结点数，则G中存在一条汉密尔顿回路。
例题4： 下列结论不正确的是（ D ）。 A）无向连通图G是欧拉图的充分必要条件是G不 含奇数度结点 B）非平凡连通图G有欧拉通路的充分必要条件是 G最多有两个奇数度结点 C）有向连通图D是欧拉图的充分必要条件是D的 每个结点的入度等于出度 D）有向连通图D是有向欧拉图的充分必要条件是 除两个结点外，每个结点的入度等于出度
例题3： 设G是无向图如右(彼得森图)， 说明G不是欧拉图。 解：因为无向图G中所有的 结点的度数全为奇数，所以 G不是欧拉图。 2。无向连通图存在欧拉通路的充分必要条件是图 中只有两个奇数度的结点。 3。当n为奇数时，完全无向图Kn是欧拉图。例 如K3、K5等。 4。当n为偶数时，完全无向图Kn不是欧拉图，也 不存在欧拉通路。
g
例题8： 设图G如右，作图G 的嵌入图，说明图G是 平面图。 解： 图G的嵌入图如下， 故图G是平面图。
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当n3时, 若任意两个不相邻的顶点的度数之和大
于等于n, 则G中存在哈密顿回路, 从而G为哈密顿 图. 当n(n3)阶有向完全图是哈密顿图。
判断是否是哈密顿图的可行方 法
• 观察出一条哈密顿回路 例如 右图(周游世界问题)中红 边给出一条哈密顿回路, 故它 是哈密顿图. 注意, 此图不满足定理的条件. • 满足充分条件 例如 当n3时, Kn中任何两个不同的顶点 u,v, 均 有d(u)+d(v) = 2(n1) n, 所以Kn为哈密顿图.
例题8.2，课后作业：8.21
小结与学习要求
1.二部图的定义与判定； 2.欧拉图的定义和判定； 3.哈密顿图的定义和判定。
几点说明： 平凡图是哈密顿图. 哈密顿通路是初级通路，哈密顿回路是初级回路.
例 图中, (1), (2)是哈密顿图; (3) 是哈密顿通路. (4)既不是哈密顿图, 也不是哈密顿通路，为什么？
无向哈密顿图的必要条件
定理 设无向图G=<V,E>是哈密顿图, 则对于任意 V1V且
例1：
下图为常见的汉字：
既不是欧拉通路 也不是欧拉回路
欧拉通路
欧拉通路 欧拉回路
欧拉图的判别法
定理 无向图G为欧拉图当且仅当G连通且无奇度顶点. 无向图G是欧拉通路当且仅当G连通且恰有两个奇度顶点. 且从一个奇度顶点开始到另一个奇度顶点结束。
定理 有向图D是欧拉图当且仅当D连通且每个顶点的入度都 等于出度. 有向图D具有欧拉通路当且仅当D连通且恰有两个奇度顶 点, 其中一个入度比出度大1, 另一个出度比入度大1, 其余 顶点的入度等于出度.
验证：
例1 哥尼斯堡七桥问题
例2 下图是欧拉图. 从A点出发, 如何一次成功地走出一条欧拉回路来？
课后作业： 8.6
§8.3 哈密顿图
哈密顿周游世界问题
哈密顿图的定义
哈密顿通路: 经过图中所有顶点一次且仅一次的通路. 哈密顿回路: 经过图中所有顶点一次且仅一次的回路. 哈密顿图: 具有哈密顿回路的图.
欧拉图
欧拉通路: 经过图中每条边一次且仅一次，并且行遍图中每 个顶点的通路.
欧拉回路:经过图中每条边一次且仅一次，并且行遍图中每 个顶点的回路
欧拉图: 有欧拉回路的图.
几点说明： 上述定义对无向图和有向图都适用. 规定平凡图为欧拉图. 欧拉通路是简单通路, 欧拉回路是简单回路. 环不影响图的欧拉性.
中，则Krs必有 r×s 条边。
r=|V1|, s=|V2|. 注意: n 阶零图为二部图.
二部图的判别法
定理 无向图G=<V,E>是二部图当且仅当G中无奇数 长度的回路（无奇圈）.
例 下述各图都是二部图
课后作业： 8.1，8.2， 8.3
§8.2 欧拉图
哥尼斯堡七桥问题
欧拉图是能一笔画出的边不重复的回路.
§8.1 二部图
定义 设无向图 G=<V,E>, 若能将V 分成V1 和 V2 (V1V2=V, V1V2=), 使得G中的每条边的两个端 点都一个属于V1, 另一个属于V2, 则称G为二部图, 记为<V1,V2,E>, 称V1和V2为互补顶点子集. 又若V1中每个顶点均与V2中每个顶点有且只有一条 边相关联, 则称二部图G为完全二部图, 记为Kr,s, 其
V1, 均有 p(GV1)|V1|.
（可验证某图不是哈密顿图）
几点说明： 1. 定理中的条件是哈密顿图的必要条件, 但不是充分
条件. 2. 可利用该定理判断某些图不是哈密顿图.
无向哈密顿图的一个充分条件
定理 设G是n阶(n3)无向简单图, 若任意两个不相邻的顶
点的度数之和大于等于n1, 则G中存在哈密顿通路.