(elementary graph algorithms)

Σχετικά έγγραφα
(elementary graph algorithms)

βασικές έννοιες (τόμος Β)

Κεφάλαιο 3. Γραφήματα. v1.3 ( ) Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Κεφάλαιο 3. Γραφήµατα v1.1 ( ) Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Κεφάλαιο 3. Γραφήματα. ver. 21/12/2014. Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΗΣΕΙΣ ΟΡΩΝ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙOΥΝΤΑΙ ΣΤΟΥΣ ΤΟΜΟΥΣ Α ΚΑΙ Β ΤΗΣ ΘΕ «ΔΙΑΚΡΙΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ» Ένα γράφημα αποτελείται από ένα σύνολο 94.

Αναζήτηση Κατά Πλάτος

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

Αναζήτηση Κατά Πλάτος

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

Αναζήτηση Κατά Πλάτος

Αλγόριθµοι Γραφηµάτων

Αναζήτηση Κατά Πλάτος

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

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

Κεφάλαιο 3. Γραφήµατα v1.0 ( ) Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Διδάσκων: Κωνσταντίνος Κώστα Διαφάνειες: Δημήτρης Ζεϊναλιπούρ

Πανεπιστήμιο Στερεάς Ελλάδας Τμήμα Πληροφορικής Εξάμηνο ΣΤ ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ

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

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά. Θεωρία γράφων / γραφήµατα. Τι είναι οι γράφοι; Εφαρµογές των γράφων Γράφοι

Γράφοι. Ένας γράφος ή αλλιώς γράφηµα αποτελείται απο. Εφαρµογές: Τηλεπικοινωνιακά και Οδικά ίκτυα, Ηλεκτρονικά Κυκλώµατα, Β.. κ.ά.

HY118-Διακριτά Μαθηματικά

Στοιχεία Θεωρίας Γράφων (Graph Theory)

Σχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων Ενότητα 3: ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - ΓΡΑΦΗΜΑΤΑ

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά. Θεωρία γράφων / γραφήµατα. Τι είναι οι γράφοι; Εφαρµογές των γράφων Γράφοι

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

Αλγόριθμοι Γραφημάτων

Αλγόριθμοι Γραφημάτων

Θεωρία Γραφημάτων 1η Διάλεξη

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Μαθηματικό Υπόβαθρο

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

ΕΠΛ 231 οµές εδοµένων και Αλγόριθµοι Άννα Φιλίππου,

ΕΠΛ 231 Δοµές Δεδοµένων και Αλγόριθµοι 11-1

HY118-Διακριτά Μαθηματικά. Θεωρία γράφων / γραφήματα. Τι είναι οι γράφοι; Εφαρμογές των γράφων. 23-Γράφοι

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

Μαθηματικά Πληροφορικής

Θεωρία Γραφημάτων 1η Διάλεξη

Μετασχηματισμοί, Αναπαράσταση και Ισομορφισμός Γραφημάτων

Συνεκτικότητα Γραφήματος

Κλάσεις Πολυπλοκότητας

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών

Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Γράφοι. Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα. Στάθης Ζάχος, Δημήτρης Φωτάκης

Εισαγωγή στη Θεωρία Γράφων

Θεωρία Γραφημάτων: Ορολογία και Βασικές Έννοιες

Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών

Θεωρία Γραφημάτων 6η Διάλεξη

Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης (ΜΒΑ) Ενότητα 1: Δικτυωτή Ανάλυση (Θεωρία Γράφων)

Διάλεξη 29: Γράφοι. Διδάσκων: Παναγιώτης Ανδρέου

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά

Γράφηµα (Graph) Εργαστήριο 10. Εισαγωγή

Ελληνική Δημοκρατία Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Ηπείρου. Θεωρία Υπολογισμού. Ενότητα 3 : Γραφήματα & Αποδείξεις. Αλέξανδρος Τζάλλας

Μαθηματικά Πληροφορικής

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

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Διερεύνηση γραφήματος

6η Διάλεξη Διάσχιση Γράφων και Δέντρων

ΠΛΗ 20, 5 η ΟΣΣ: Θεωρία Γραφημάτων

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

ΠΛΗ 20, 5 η ΟΣΣ: Θεωρία Γραφημάτων

Θεωρία Γραφημάτων: Ορολογία και Βασικές Έννοιες

Αλγόριθμοι για Ασύρματα Δίκτυα. Θεωρία Γραφημάτων

Γράφοι. Ορολογία. Ορισµός: G = (V, E) όπου. Ορολογία (συνέχεια) γράφος ή γράφηµα (graph) V:ένα σύνολο E:µια διµελής σχέση στο V

Network Science. Θεωρεία Γραφηµάτων (2)

ΠΛΗ 20, 5 η ΟΣΣ: Θεωρία Γραφημάτων

ΠΛΗ 20, 6 η ΟΣΣ: Δέντρα Εξετάσεις

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

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

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

ΔΙΑΣΧΙΣΗ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ 1

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Αναζήτηση Κατά Βάθος. Επιμέλεια διαφανειών: Δ. Φωτάκης Συμπληρώσεις: Α. Παγουρτζής. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Διάλεξη 2: Μαθηματικό Υπόβαθρο

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

Δοµές Δεδοµένων & Ανάλυση Αλγορίθµων 3ο Εξάµηνο. Γραφήµατα. (Graphs)

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

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

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

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

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

HY118-Διακριτά Μαθηματικά. Θεωρία γράφων/ γραφήματα. Τι είδαμε την προηγούμενη φορά. Συνεκτικότητα. 25 -Γράφοι

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

Γραφήματα. Κεφάλαιο Εισαγωγικές έννοιες Ορισμός

Γραφήματα. Θέματα Υπολογισμού στον Πολιτισμό Γραφήματα

Διάλεξη 18: Γράφοι I Εισαγωγή

Ενότητα 10 Γράφοι (ή Γραφήµατα)

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Δομές δεδομένων. Ενότητα 10η: Γράφοι Παναγιώτα Φατούρου Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

HY118-Διακριτά Μαθηματικά. Τι είδαμε την προηγούμενη φορά. Θεωρία γράφων / γραφήματα. 25 -Γράφοι. ΗΥ118, Διακριτά Μαθηματικά Άνοιξη 2017

Μέγιστη ροή. Κατευθυνόμενο γράφημα. Συνάρτηση χωρητικότητας. αφετηρίακός κόμβος. τερματικός κόμβος. Ροή δικτύου. με τις ακόλουθες ιδιότητες

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

Θεωρία Γραφημάτων και Εφαρμογές - Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Φεβρουάριος 2017

Δομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι

ΠΛΗ20 ΕΝΟΤΗΤΑ 5: ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ/2. Μάθηµα 5.1: Παραστάσεις Γραφηµάτων. ηµήτρης Ψούνης

Κεφάλαιο 4 Γραφήματα και Δένδρα

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

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

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

Transcript:

(elementary graph algorithms) Παύλος Εφραιμίδης 1

περιεχόμενα γραφήματα αναπαραστάσεις οριζόντια διερεύνηση καθοδική διερεύνηση 2

ΓΡΑΦΉΜΑΤΑ 3

αναπαράσταση δύο καθιερωμένοι τρόποι: πίνακας γειτνίασης συλλογή από καταλόγους γειτνίασης 4

Königsberg, 1736 ο Euler σε ώρα περιπάτου στις όχθες του ποταμού Pregel (Königsberg 1736). Leonhard Euler (1707-1783) 1783) Mathematician and physicist Απόφοιτος: University of Basel Institutions: Imperial p Russian Academy of Sciences Berlin Academy Doctoral advisor: Johann Bernoulli Doctoral students: Johann Hennert Joseph p Lagrange g 5

το πρόβλημα Υπάρχει διαδρομή που περνάει από όλες τις γέφυρες ακριβώς μία φορά και τερματίζει στο σημείο εκκίνησης; 6

πιο αναλυτικά? 7

το πρώτο γραφοθεωρητικό πρόβλημα 8

η λύση του Euler ο Euler βρήκε τη λύση χρησιμοποιώντας το βαθμό των κορυφών του γραφήματος βαθμός: το πλήθος των ακμών που προσπίπτουν στην κορυφή 9

θεωρία βασική ορολογία

βασική ορολογία Γράφημα G = (V,E) V: κόμβοι κορυφές του γραφήματος E: γραμμές ακμές του γραφήματος μη κατευθυνόμενο γράφημα G=(V,E) u ε v1 v2 κατευθυνόμενο γράφημα G=(V,E)

απλό γράφημα Η ακμή e=(v1 (v1,v2) v2) εφάπτεται (incident on) των κορυφών v1 και v2. Οι κορυφές v1 και v2 λέγονται γειτονικές. Παράλληλες ακμές σε μη κατευθυνόμενο γράφημα Ανακύκλωση (loop) Απλό γράφημα (simple graph): Γράφημα G δίχως ανακυκλώσεις και παράλληλες ακμές.

μονοπάτια - κύκλοι μονοπάτια απλό μονοπάτι (simple path) σε γράφημα Γ: μονοπάτι δίχως επαναλαμβανόμενες κορυφές κύκλος (cycle) : Μονοπάτι δίχως επαναλαμβανόμενες ακμές όπου αρχική και τελική κορυφή συμπίπτουν απλός κύκλος (simple cycle): κύκλος δίχως επαναλαμβανόμενες κορυφές (εκτός αρχικής και τελικής)

βάρη μεμονωμένη μμ μ κορυφή: Μια κορυφή στην οποία V δεν εφάπτεται καμία ακμή καλείται μεμονωμένη κορυφή (isolated vertex). γράφημα με βάρη: Γράφημα στο οποίο έχει συσχετιστεί με κάθε ακμή ένας αριθμός, το βάρος. G 1 v 3 v 4 1 4 5 5 7 6 1 2 1 10 v 1 v 2 v 5 v 6 μήκος μονοπατιού σε γράφημα με βάρη: Το άθροισμα των βαρών των ακμών του μονοπατιού.

ειδικά γραφήματα ειδικές κατηγορίες : πλήρες γράφημα (complete graph) με v κορυφές διμερές γράφημα (bipartite graph) πλήρες διχοτομήσιμο γράφημα (bipartite graph) με ν και μ κορυφές

διμερές μρςγράφημα ένα γράφημα G=(V (V, E)στο οποίο το σύνολο κορυφών μπορεί να διαμεριστεί σε δύο σύνολα V1 και V2 έτσι ώστε: Για κάθε ακμή e = (u,v) είτε uinv1και vinv2 είτε v in V1 και u in V2 σε ένα διμερές γράφημα υπάρχουν ακμές μόνο μεταξύ μιας κορυφής του V1 και μιας κορυφής του V2 16 Γραφήματα

συνδεόμενα γραφήματα συνδεόμενο γράφημα (connected graph) υπογράφημα (sub-graph): Τμήμα του γραφήματος G που περιέχει την κορυφή ν (part of the graph)

υπεργράφημα (hypergraph) p Η γενίκευση του μοντέλου των το οποίο αντί για ακμές έχει υπερ-ακμές: Κάθε ακμή του είναι ένα σύνολο 2 ή περισσότερων κορυφών Στα γραφήματα κάθε ακμή είναι ένα σύνολο 2 κορυφών (ή ένα διατεταγμένο ζεύγος 2 κορυφών για κατευθυνόμενα γραφήματα) 18 Γραφήματα

δέντρο άκυκλο γράφημα: Ένα γράφημα το οποίο δεν έχει κύκλους απλό γράφημα: Δεν έχει πολλαπλές ακμές συνδεδεμένο (συνεκτικό) γράφημα: Υπάρχει μονοπάτι μεταξύ κάθε ζεύγους κορυφών του γραφήματος Δέντρο: Ένα άκυκλο απλό συνδεδεμένο γράφημα ονομάζεται δέντρο. 19 Γραφήματα

ΑΝΑΠΑΡΆΣΤΑΣΗ ΓΡΑΦΗΜΆΤΩΝ 20

μη-κατευθυνόμενο μ γράφημα κατάλογοι γειτνίασης 1 2 5 4 3 1 2 3 4 5 2 5 1 3 4 5 2 4 2 3 5 1 2 4 21

μη-κατευθυνόμενο μ γράφημα πίνακας γειτνίασης 1 2 3 4 5 1 2 5 4 3 1 0 1 0 0 1 2 1 0 1 1 1 3 0 1 0 1 0 4 0 1 1 0 1 5 1 1 0 1 0 22

κατευθυνόμενο γράφημα κατάλογοι γειτνίασης 1 2 1 2 2 5 3 4 3 3 3 4 4 1 5 4 4 5 23

κατευθυνόμενο γράφημα πίνακας γειτνίασης 1 2 3 4 5 1 2 1 0 1 0 0 1 2 0 0 1 1 0 3 3 0 0 1 1 0 24 5 4 4 1 0 0 0 0 5 0 0 0 1 0

οριζόντια ρζ διερεύνηση η οριζόντια διερεύνηση (breadth first search): ένας απλός τρόπος διερεύνησης ενός γραφήματος Δίνονται γράφημα G(V,E) αφετηριακός κόμβος s Ζητείται: συστηματική εξέταση των ακμών του G ώστε να εντοπιστούν όλοι οι κόμβοι που είναι προσπελάσιμοι από τον s Ο χαρακτηρισμός «οριζόντια» αναφέρεται στη σειρά με την οποία επισκέπτεται τους κόμβους του γραφήματος 25

οριζόντια διερεύνηση ή διερεύνηση πρώτα σε πλάτος ο αλγόριθμος επεκτείνει το σύνορο μεταξύ εντοπισμένων και μη εντοπισμένων κόμβων ομοιόμορφα σε όλο το εύρος του συνόρου αυτού ή με άλλα λόγια: ο αλγόριθμος εντοπίζει πρώτα όλους τους κόμβους σε απόσταση k από τον s, και μόνο αφού εξαντλήσει αυτούς τους κόμβους προχωρά στον εντοπισμό κόμβων σε απόσταση k+1 26

παράδειγμα οριζόντιας διερεύνησης 27

(a) r s t u 0 v w x y Q s 0 r s t u 1 0 Q (b) w r 1 1 1 v w x y (c) r s t u 1 0 2 1 2 v w x y Q r t x 1 2 2 (d) r s t u 1 0 2 2 1 2 v w x y Q t x v 2 2 2 r s t u 1 0 2 3 Q (e) x v u 2 1 2 2 2 3 v w x y (f) r s t u 1 0 2 3 2 1 2 3 v w x y Q v u y 2 3 3 28

(g) r s t u 1 0 2 3 2 v 1 w 2 x 3 y Q u y 3 3 (h) r s t u 1 0 2 3 2 1 2 3 v w x y Q y 3 (i) r s t u 1 0 2 3 Q empty 2 1 2 3 29

30

καθοδική διερεύνηση η καθοδική διερεύνηση (depth first search): ακόμη ένας απλός τρόπος διερεύνησης ενός γραφήματος Δίνονται γράφημα G(V,E) αφετηριακός κόμβος s Ζητείται: συστηματική εξέταση των ακμών του G ώστε να εντοπιστούν όλοι οι κόμβοι που είναι προσπελάσιμοι από τον s Ο χαρακτηρισμός «καθοδική» αναφέρεται στη σειρά με την οποία επισκέπτεται τους κόμβους του γραφήματος 31

καθοδική διερεύνηση ή διερεύνηση πρώτα σε βάθος όπως υποδηλώνει το όνομά της, η καθοδική διερεύνηση επεκτείνεται προς μεγαλύτερα βάθη στο γράφημα, οποτεδήποτε αυτό είναι δυνατό. οι ακμές εξερευνώνται με αφετηρία τον πιο πρόσφατα εντοπισμένο κόμβο v από τον οποίο εκκινούν μη εξερευνημένες ακμές αφού εξερευνηθούν όλες οι ακμές του v, η διερεύνηση η επιστρέφει ρφ στον κόμβο από τον οποίο εντοπίστηκε ο v και συνεχίζει με τις τυχόν άλλες ακμές που εκκινούν από αυτόν 32

παράδειγμα καθοδικής διερεύνησης 33

(a) r s t u 0 v w x y Q s 0 r s t u 1 0 Q (b) w r 1 1 1 v w x y (c) r s t u 1 0 2 1 v w x y Q w v 1 2 (d) r s t u 1 0 2 1 v w x y Q w 1 r s t u 1 0 2 3 Q (e) t x 2 1 2 2 2 v w x y (f) r s t u 1 0 2 3 2 1 2 3 v w x y Q t u y 2 3 3 34

(g) r s t u 1 0 2 3 2 v 1 w 2 x 3 y Q t u 2 3 (h) r s t u 1 0 2 3 2 1 2 3 v w x y Q t 2 (i) r s t u 1 0 2 3 Q empty 2 1 2 3 35

36

Αναφορές/Πηγές ς Εισαγωγή στους αλγόριθμους, Κεφάλαιο 22 Διακριτά μαθηματικά και μαθηματική λογική, Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο Χρησιμοποιήθηκε υλικό από: http://www.csie.nctu.edu.tw/~sctsai/algo/notes/ http://en.wikipedia.org/wiki/seven_bridges_of_k%c3%b6nigsberg http://en.wikipedia.org/wiki/leonhard_euler http://www.jcu.edu/math/vignettes/bridges.htm 37