Διάλεξη 7: X Y Σχήμα 7.2: Παράδειγμα για το Πόρισμα 7.2, όπου: 1 = {1, 2, 5}, 2 = {1, 2, 3}, 3 = {4}, 4 = {1, 3, 4}. Θ

Σχετικά έγγραφα
S A : N G (S) N G (S) + d S d + d = S

d(v) = 3 S. q(g \ S) S

q(g \ S ) = q(g \ S) S + d = S.

e 2 S F = [V (H), V (H)]. 3-1 e 1 e 3

u v 4 w G 2 G 1 u v w x y z 4

Θεωρία Γραφημάτων 9η Διάλεξη

Διάλεξη 4: Απόδειξη: Για την κατεύθυνση, παρατηρούμε ότι διαγράφοντας μια κορυφή δεν μπορούμε να διαχωρίσουμε τα u και v. Αποδεικνύουμε

Διάλεξη 3: Σχήμα 3.3: Το σύνολο των κόκκινων ακμών είναι ακμοδιαχωριστής αλλά όχι τομή. Το σύνολο ακμών {1, 2, 3} είναι τομή. Από

Διάλεξη 4: Θεωρία Γραφημάτων Γραφέας: Σ. Κ. Διδάσκων: Σταύρος Κολλιόπουλος συνεκτικά γραφήματα (συνέχεια) Πρόταση 4.1 Δύο μπλοκ ενός

z 1 E(G) 2(k 1) = 2k 3. x z 2 H 1 H 2

E(G) 2(k 1) = 2k 3.

Διάλεξη 13: D Σχήμα 13.2: Ενδεικτική αναπαράσταση δίσκου D που ορίζει ο στην εμβάπτιση Γ. Σχήμα 13.3: Σχηματική επεξήγηση περιπτώσεων πο

m = 18 και m = G 2

Διάλεξη 3: D Σχήμα 3.2: Ενδεικτική αναπαράσταση δίσκου D που ορίζει ο στην εμβάπτιση Γ. Σχήμα 3.3: Σχηματική επεξήγηση περιπτώσεων που απορ

Θεωρία Γραφημάτων 6η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 10η Διάλεξη

X i, i I Y j, j J. X i. Z j P = (J, B) G T = (I, J) 1 2 i i + 1 n. 1 i V

P = (J, B) T = (I, A) P = (J, B) G = (V, E) i 1 i i + 1

Θεωρία Γραφημάτων 11η Διάλεξη

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Θεωρία Γραφημάτων 4η Διάλεξη

Μαθηματικά Πληροφορικής

Θεωρία Γραφημάτων 7η Διάλεξη

χ(k n ) = n χ(c 5 ) = 3

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Τομές Γραφήματος. Γράφημα (μη κατευθυνόμενο) Συνάρτηση βάρους ακμών. Τομή : Διαμέριση του συνόλου των κόμβων σε δύο μη κενά σύνολα

Τίτλος Μαθήματος: Θεωρία Γραφημάτων. Ενότητα: Εισαγωγή σε βασικές έννοιες. Διδάσκων: Λέκτορας Xάρης Παπαδόπουλος. Τμήμα: Μαθηματικών

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

Διμερή γραφήματα και ταιριάσματα

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

Ασκήσεις στους Γράφους. 2 ο Σετ Ασκήσεων. Δέντρα

2 ) d i = 2e 28, i=1. a b c

Τίτλος Μαθήματος: Θεωρία Γραφημάτων. Ενότητα: Συνεκτικότητα και Δισυνεκτικότητα. Διδάσκων: Λέκτορας Xάρης Παπαδόπουλος. Τμήμα: Μαθηματικών

( ) x 1 1. cone( (10.1) ( ) x ) := D (10.2) D Ax b 0 Ax 0 b. i λ i 1

Θεωρία Γραφημάτων 2η Διάλεξη

Θεωρία και Αλγόριθμοι Γράφων

Θεωρία Γραφημάτων 8η Διάλεξη

Ασκήσεις στους Γράφους. 1 ο Σετ Ασκήσεων Βαθμός Μονοπάτια Κύκλος Euler Κύκλος Hamilton Συνεκτικότητα

Θεωρία Γραφημάτων 1η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων: Ορολογία και Βασικές Έννοιες

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Θεωρία Γραφημάτων 2η Διάλεξη

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Διακριτά Μαθηματικά. Ενότητα 2: Γραφήματα

Επίπεδα Γραφήματα (planar graphs)

Κατευθυνόμενα γραφήματα. Μαθηματικά Πληροφορικής 6ο Μάθημα. Βρόχοι. Μη κατευθυνόμενα γραφήματα. Ορισμός

ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ. 7 η Διάλεξη Συνεκτικότητα (Συνδεσμικότητα) Βασικές έννοιες και ιδιότητες Το θεώρημα του Merger Ισομορφισμός

Ταιριάσματα. Γράφημα. Ταίριασμα (matching) τέτοιο ώστε κάθε κορυφή να εμφανίζεται σε το πολύ μια ακμή του

Κατευθυνόμενα γραφήματα. Μαθηματικά Πληροφορικής 6ο Μάθημα. Βρόχοι. Μη κατευθυνόμενα γραφήματα. Ορισμός

Θεωρία Γραφημάτων: Ορολογία και Βασικές Έννοιες

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Ριζικό του Jacobson

Πανεπιστήμιο Στερεάς Ελλάδας Τμήμα Πληροφορικής ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ

Θεωρι α Γραφημα των 9η Δια λεξη

f(t) = (1 t)a + tb. f(n) =

Θεωρία Γραφημάτων 1η Διάλεξη

Διαίρει και Βασίλευε. πρόβλημα μεγέθους Ν. διάσπαση. πρόβλημα μεγέθους k. πρόβλημα μεγέθους Ν-k

Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα: 4 η σειρά ασκήσεων ΣΗΜΜΥ - Ε.Μ.Π.

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Θεωρία Γραφημάτων 3η Διάλεξη

Πανεπιστήμιο Στερεάς Ελλάδας Τμήμα Πληροφορικής Εξάμηνο ΣΤ ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ

Κ Ε Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Μαθηματικά Πληροφορικής

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Κατευθυνόμενα γραφήματα. Μαθηματικά Πληροφορικής 6ο Μάθημα. Βρόγχοι. Μη κατευθυνόμενα γραφήματα. Ορισμός

NP-complete problems. IS, 4-Degree IS,CLIQUE, NODE COVER, MAX CUT, MAX BISECTION, BISECTION WIDTH. NP-complete problems 1 / 30

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

Μη κατευθυνόµενα γραφήµατα. Στοιχεία Θεωρίας Γραφηµάτων (1) Υπογραφήµατα.

Θεωρία Γραφημάτων και Εφαρμογές - Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Φεβρουάριος 2017

Πανεπιστήμιο Στερεάς Ελλάδας Τμήμα Πληροφορικής Εξάμηνο ΣΤ ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ

ΠΛΗ 20, 5 η ΟΣΣ: Θεωρία Γραφημάτων

έντρα ιδάσκοντες:. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

Συνεχή Κλάσματα. Εμμανουήλ Καπνόπουλος Α.Μ 282

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΒΟΗΘΟΣ: ΒΑΓΓΕΛΗΣ ΔΟΥΡΟΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Ημιαπλοί Δακτύλιοι

ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

1. Σε ένα τουρνουά με 8 παίκτες μπορεί οι παίκτες να συμμετείχαν σε: 6,5,4,4,4,3,1,1 αγώνες αντίστοιχα;

Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Μορφές αποδείξεων Υπάρχουν πολλά είδη αποδείξεων. Εδώ θα δούμε τα πιο κοινά: Εξαντλητική μέθοδος ή μέθοδος επισκόπησης. Οταν το πρόβλημα έχει πεπερασμ

Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Δυναμικός προγραμματισμός για δέντρα

ΣΥΝΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ

[ α π ο δ ε ί ξ ε ι ς ]

... a b c d. b d a c

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Συνθήκες Αλυσίδων

ΔΕΝΔΡΙΚΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

Σημείωση: Δες ορισμό απλού γραφήματος στον Τόμο Α, σελ. 97 και τόμο Β, σελ 12.

f 1 (A) = {f 1 (A i ), A i A}

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

S n = ( 1, 0] 1 + b 1 a1 + b 1 I 1 I 2 I 3...,

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

Επίπεδα Γραφήματα : Προβλήματα και Υπολογιστική Πολυπλοκότητα

Συνεκτικότητα Γραφήματος

i=1 i=1 i=1 (x i 1, x i +1) (x 1 1, x k +1),

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Δώδεκα Αποδείξεις του. Θεμελιώδους Θεωρήματος της Άλγεβρας

2.8 ΚΥΡΤΟΤΗΤΑ ΣΗΜΕΙΑ ΚΑΜΠΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: Εφαρμογή: Το θεώρημα του Burnside

jτο πλήθος των ταξιδιών που κάνει η αεροσυνοδός µέχρι την j ηµέρα. Σχηµατίζω µία ακολουθία που αποτελείται από τα a.

Transcript:

Διάλεξη 7: 2.11.2016 Θεωρία Γραφημάτων Διδάσκων: Σταύρος Κολλιόπουλος Γραφέας: Βασίλης Μαργώνης & Σ. Κ. 7.1 Εφαρμογές του Θεωρήματος του Hall Πόρισμα 7.1 (Ελλειματική εκδοχή Θεωρήματος Hall) Δίνεται διμερές γράφημα G = (, E). Εάν υπάρχει d N τ. ώ. τότε το G περιέχει ταίριασμα μεγέθους d. N(S) S d, S Απόδειξη: Προσθέτουμε d το πλήθος κορυφές και ενώνουμε την κάθε μία από αυτές με όλες τις κορυφές του. Εστω G το προκύπτον διμερές γράφημα. Βλ. Σχήμα 7.1. Παίρνουμε ότι S, N G (S) N G (S) + d S d + d = S. Επομένως από το Θεώρημα του Hall (Θεώρημα 6.2) το G έχει ταίριασμα M του. Τουλάχιστον d από τις ακμές του M είναι ακμές του G. Άρα το G έχει ταίριασμα μεγέθους d. d Σχήμα 7.1: Κατασκευή του G στην απόδειξη του Πορίσματος 7.1. Αν n N, με [n] συμβολίζουμε το σύνολο {1,..., n}. Ορισμός 7.1 Εστω 1,..., n μια συλλογή πεπερασμένων συνόλων. Οικογένεια {a 1,..., a n } καλείται Σύστημα Διακεκριμένων Αντιπροσώπων (ΣΔΑ) αν i [n], τα a i είναι διακεκριμένα και a i i. Πόρισμα 7.2 Μια συλλογή συνόλων 1,..., n έχει ΣΔΑ αν και μόνο αν I [n] ισχύει ότι i I i I. Απόδειξη: Κατασκευάζουμε ένα διμερές γράφημα G = (X Y, E) ως εξής. Θέτουμε X = { 1,..., n } και Y = i [n] i. Επιπλέον, { i, a} E αν και μόνο αν a i. Παρατηρούμε ότι κάθε ΣΔΑ της συλλογής 1,..., n αντιστοιχεί σε ταίριασμα του X και αντιστρόφως. Το πόρισμα προκύπτει άμεσα εφαρμόζοντας το Θεώρημα του Hall (Θεώρημα 6.2) στο G. Βλ. Σχήμα 7.2. 7-1

Διάλεξη 7: 2.11.2016 7-2 1 2 3 4 X 1 2 3 4 5 Y Σχήμα 7.2: Παράδειγμα για το Πόρισμα 7.2, όπου: 1 = {1, 2, 5}, 2 = {1, 2, 3}, 3 = {4}, 4 = {1, 3, 4}. Θεώρημα 7.1 (Kőnig, 1931) Εστω G = (, E) διμερές γράφημα. Τότε ν(g) = τ(g). Απόδειξη: Γνωρίζουμε ήδη από την Πρόταση 6.1 ότι ν(g) τ(g). Αρκεί να δείξουμε ότι ν(g) τ(g). Εστω U V (G) κάλυμμα κορυφών ελάχιστου μεγέθους. Θα δείξουμε ότι στο G υπάρχει ταίριασμα μεγέθους U. Θέτουμε R = U και T = U. Εστω H, H εναγόμενα υπογραφήματα του G τέτοια ώστε H = G[R ( \ T )] και H = G[T ( \ R)]. Βλ. Σχήμα 7.3. Θα δείξουμε ότι το H έχει ταίριασμα μεγέθους R και το H ταίριασμα μεγέθους T. R T H H Σχήμα 7.3: Απεικόνιση κατασκευής των υπογραφημάτων H και H. Αφού το U = R T είναι κάλυμμα κορυφών του G, στο G δεν υπάρχει ακμή από το \ R στο \ T. Βλ. Σχήμα 7.4. Εστω S R και N H (S) \ T. Το N H (S) καλύπτει όλες τις ακμές που προσπίπτουν στο S και δεν προσπίπτουν στο T. Αν N H (S) < S, τότε μπορούμε στο U να αντικαταστήσουμε το S με το N H (S) και να πάρουμε κάλυμμα κορυφών του G μικρότερου μεγέθους, το οποίο είναι άτοπο. Επομένως η συνθήκη (6.1) του Θ. Hall ισχύει στο H, και παίρνουμε ταίριασμα M H του R. Ομοίως στο H παίρνουμε ταίριασμα M H του T. Εκ κατασκευής, το M H M H είναι ταίριασμα στο G μεγέθους U.

Διάλεξη 7: 2.11.2016 7-3 R T Σχήμα 7.4: Τα τρία είδη ακμών που υπάρχουν στο G. 7.2 Ανεξάρτητα σύνολα κορυφών, καλύμματα ακμών Ορισμός 7.2 Εστω γράφημα G = (V, E) και S V. Το S λέγεται ανεξάρτητο σύνολο (independent set, stable set) αν v, u S, {v, u} / E. Συμβολίζουμε με α(g) τον πληθάριθμο του μέγιστου ανεξάρτητου συνόλου του G, δηλ. α(g) = max S, όπου S ανεξάρτητο. S V (G) Παρατήρηση 7.1 Το S V (G) είναι ανεξάρτητο αν και μόνο αν το V (G) \ S είναι κάλυμμα κορυφών. Ολες οι ακμές του E(G) προσπίπτουν σε τουλάχιστον μια κορυφή του V (G) \ S ανν το S ανεξάρτητο. Πρόταση 7.1 Σε κάθε γράφημα G = (V, E) ισχύει ότι α(g) + τ(g) = V. Ορισμός 7.3 Εστω γράφημα G = (V, E) και F E. Το F λέγεται κάλυμμα ακμών (edge cover) αν v V, e E τέτοια ώστε v e. 3 2 1 4 6 5 Σχήμα 7.5: Παράδειγμα ενός καλύμματος ακμών μεγέθους 3.

Διάλεξη 7: 2.11.2016 7-4 Συμβολίζουμε με ρ(g) τον πληθάριθμο του ελάχιστου καλύμματος ακμών του G, δηλ. ρ(g) = min F, όπου F κάλυμμα ακμών. F E(G) Παρατήρηση 7.2 Αν F E(G) είναι κάλυμμα ακμών ενός γραφήματος G, δεν έπεται ότι το E(G) \ F είναι ταίριασμα. Πρόταση 7.2 Σε κάθε γράφημα G = (V, E) που δεν έχει απομονωμένη κορυφή (βαθμού 0) ισχύει ότι ν(g) + ρ(g) = V. Απόδειξη: Εστω C E κάλυμμα ακμών του G τέτοιο ώστε C = ρ(g). Ορίζουμε το υπογράφημα C := (V, C). Ονομάζουμε ένα γράφημα αστέρι αν είναι ισόμορφο με το K 1,t για κάποιο t 1. Το C ως ελάχιστο είναι και ελαχιστικό, άρα οι συνεκτικές συνιστώσες του γραφήματος C είναι αστέρια, όπως στο Σχήμα 7.6. Αν k είναι το πλήθος των συνιστωσών (δηλ. αστεριών) του δάσους C, τότε ισχύει ότι k = V ρ(g). Κάθε αστέρι του C περιέχει τουλάχιστον μια ακμή. Αν πάρουμε μια ακμή απο κάθε συνιστώσα, παίρνουμε ταίριασμα M μεγέθους k. Άρα: ν(g) k = V ρ(g) ν(g) + ρ(g) V (7.1) C Σχήμα 7.6: Απεικόνιση του C. Εστω τώρα M 0 ένα μέγιστο ταίριασμα στο G και U το σύνολο των κορυφών που δεν καλύπτονται απο το M 0. Προφανώς το U είναι ανεξάρτητο (independent set) στο G. Αφού το G δεν έχει απομονωμένες κορυφές, μπορούμε για κάθε μια από τις V 2ν(G) κορυφές του U να διαλέξουμε μια ακμή που την καλύπτει. Το σύνολο των ακμών που διαλέξαμε το ονομάζουμε S και έπεται ότι: ρ(g) M 0 S = ν(g) + V 2ν(G) = V ν(g) ν(g) + ρ(g) V (7.2) Από τις σχέσεις (7.1) και (7.2) παίρνουμε το ζητούμενο. 7.3 Εναλλασσόμενα μονοπάτια, Συνθήκη του Tutte Ορισμός 7.4 Εστω γράφημα G = (V, E) και ένα ταίριασμα M E. Εναλλασσόμενο (alternating) μονοπάτι (ή κύκλος) στο G είναι ένα μονοπάτι (αντίστοιχα κύκλος) του οποίου οι ακμές ανήκουν εναλλάξ στο M και το E \ M.

Διάλεξη 7: 2.11.2016 7-5 Σχήμα 7.7: Παράδειγμα ενός εναλλασσόμενου μονοπατιού και ενός εναλλασσόμενου κύκλου. Οι έντονες ακμές ανήκουν στο M και οι υπόλοιπες στο E \ M. Ενα εναλλασσόμενο μονοπάτι P = (v 1,..., v k ), k 4, του G του οποίου τα άκρα v 1 και v k δεν καλύπτονται από το M καλείται αυξητικό (augmenting). Το σύνολο M = (M \ E(P )) (E(P ) \ M) είναι ταίριασμα στο G με την ιδιότητα M = M + 1. Βλ. Σχήμα 7.8. Σχήμα 7.8: Παράδειγμα ενός αυξητικού μονοπατιού. Σε ένα γράφημα G, συμβολίζουμε με q(g) το πλήθος των συνιστωσών περιττής τάξης του G. Παρατήρηση 7.3 Αν το G έχει τέλειο ταίριασμα, τότε S V (G) ισχύει ότι q(g \ S) S. G \ S S Σχήμα 7.9: Απεικόνιση της Παρατήρησης 7.3. Στην επόμενη διάλεξη θα δείξουμε ότι η συνθήκη της Παρατήρησης 7.3, γνωστή και ως Συνθήκη του Tutte, εκτός από αναγκαία είναι και ικανή για την ύπαρξη τέλειου ταιριάσματος.