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

Σχετικά έγγραφα
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

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

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

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

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

Θεωρία Γραφημάτων 9η Διάλεξη

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

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

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

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

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

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

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

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 10η Διάλεξη

m = 18 και m = G 2

Θεωρία Γραφημάτων 6η Διάλεξη

Μαθηματικά Πληροφορικής

Θεωρία Γραφημάτων 7η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 11η Διάλεξη

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

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 4η Διάλεξη

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

χ(k n ) = n χ(c 5 ) = 3

Ασκήσεις στους Γράφους. 2 ο Σετ Ασκήσεων. Δέντρα

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

Θεωρία Γραφημάτων 2η Διάλεξη

Διμερή γραφήματα και ταιριάσματα

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

Θεωρία και Αλγόριθμοι Γράφων

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

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

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

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

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

Θεωρία Γραφημάτων 8η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 1η Διάλεξη

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

Θεωρία Γραφημάτων: Ορολογία και Βασικές Έννοιες

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

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

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

Θεωρι α Γραφημα των 9η Δια λεξη

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

Πανεπιστήμιο Στερεάς Ελλάδας Τμήμα Πληροφορικής ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ

Θεωρία Γραφημάτων: Ορολογία και Βασικές Έννοιες

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

Συνεχή Κλάσματα. Εμμανουήλ Καπνόπουλος Α.Μ 282

Θεωρία Γραφημάτων 1η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

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

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Ριζικό του Jacobson

Πανεπιστήμιο Στερεάς Ελλάδας Τμήμα Πληροφορικής Εξάμηνο ΣΤ ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ

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

Επίπεδα Γραφήματα (planar graphs)

Θεωρία Γραφημάτων 3η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

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

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

Μαθηματικά Πληροφορικής

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

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

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

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

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

ΣΥΝΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

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

Σειρά Προβλημάτων 1 Λύσεις

Θεωρία Γραφημάτων και Εφαρμογές - Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Φεβρουάριος 2017

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Πανεπιστήμιο Στερεάς Ελλάδας Τμήμα Πληροφορικής Εξάμηνο ΣΤ ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ

[ α π ο δ ε ί ξ ε ι ς ]

Δρομολόγηση Και Πολύχρωματισμός. Γραφημάτων ΚΑΡΑΓΕΩΡΓΟΣ ΤΙΜΟΘΕΟΣ Α.Μ 1026

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

Κατευθυνόµενα γραφήµατα. Στοιχεία Θεωρίας Γραφηµάτων (1) Πολυγραφήµατα (Multigraphs)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Ημιαπλοί Δακτύλιοι

Επίπεδα Γραφήματα : Προβλήματα και Υπολογιστική Πολυπλοκότητα

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

Δυναμικός προγραμματισμός για δέντρα

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Στοιχεία Θεωρίας Γραφηµάτων (1)

Κ Ε Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

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

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

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

4.2 ΕΥΚΛΕΙΔΕΙΑ ΔΙΑΙΡΕΣΗ

Συνεκτικότητα Γραφήματος

ΔΕΝΔΡΙΚΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

βασικές έννοιες (τόμος Β)

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Μαθηματικό Υπόβαθρο

Μαθηματικά Πληροφορικής

Θεωρία Υπολογισμού Άρτιοι ΑΜ. Διδάσκων: Σταύρος Κολλιόπουλος. eclass.di.uoa.gr. Περιγραφή μαθήματος

Θεωρία Υπολογισμού Αρτιοι ΑΜ Διδάσκων: Σταύρος Κολλιόπουλος eclass.di.uoa.gr

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Συνθήκες Αλυσίδων

Transcript:

Διάλεξη 7: 2.11.2016 Θεωρία Γραφημάτων Διδάσκων: Σταύρος Κολλιόπουλος Γραφέας: Βασίλης Μαργώνης 7.1 Εφαρμογές του Θεωρήματος του Hall Πόρισμα 7.1 (Ελλειματική εκδοχή Θεωρήματος Hall) Εάν σε διμερές γράφημα G = (, E) ισχύει ότι S τέτοιο ώστε N(S) S d, d N, τότε το G περιέχει ταίριασμα μεγέθους d. Απόδειξη: Προσθέτουμε d το πλήθος κορυφές στο και ενώνουμε την κάθεμία από αυτές με όλες τις κορυφές του. Εστω G το προκύπτον γράφημα. Τότε: S : N G (S) N G (S) + d S d + d = S Επομένως από Θ. Hall το G έχει ταίριασμα M του. Ομως τουλάχιστον d από τις ακμές του M είναι ακμές του G. Άρα το G έχει ταίριασμα μεγέθους d.... Σχήμα 7.1: Απεικόνιση της απόδειξης του Πορίσματος 7.1. Ορισμός 7.1 Εστω 1,..., n μια συλλογή συνόλων. Οικογένεια {a 1,..., a n } καλείται Σύστημα Διακεκριμένων Αντιπροσώπων (ΣΔΑ) αν όλα τα a i είναι διακεκριμένα και i {1,..., n}, a i i. Πόρισμα 7.2 Μια συλλογή συνόλων 1,..., n έχει ΣΔΑ αν και μόνο αν I {1,..., n} ισχύει ότι i I i I. Απόδειξη: Κατασκευάζω ένα διμερές γράφημα G = (X Y, E) ως εξής: Θέτω 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. Εστω M ένα ταίριασμα του X, τότε { i, a} M αν και μόνο αν το a είναι αντιπρόσωπος του i. Παρατηρούμε ότι η συνθήκη του πορίσματος είναι ακριβώς η συνθήκη του Hall. 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 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)]. 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) R T Σχήμα 7.4: Τα τρία είδη ακμών που υπάρχουν στο G.

Διάλεξη 7: 2.11.2016 7-3 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 του Hall ισχύει στο H, και έτσι 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. 7.2 Ανεξάρτητα σύνολα κορυφών, καλύμματα ακμών Ορισμός 7.2 Εστω γράφημα G = (V, E) και S V. Το S λέγεται ανεξάρτητο (independent set) αν v, u S, {v, u} / E. Συμβολίζουμε με α(g) την τάξη του μέγιστου συνόλου ανεξάρτητων κορυφών του G: 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. Αυτό ισχύει διότι όλες οι ακμές του E(G) προσπίπτουν σε τουλάχιστον μια κορυφή του V (G) \ S. 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. Συμβολίζουμε με ρ(g) την τάξη του ελάχιστου καλύμματος ακμών του G:

Διάλεξη 7: 2.11.2016 7-4 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 κορυφή βαθμού 0 (απομονωμένη) ισχύει ότι ν(g) + ρ(g) = V. Απόδειξη: Εστω C E κάλυμμα ακμών του G τέτοιο ώστε C = ρ(g). Ορίζουμε C := (V (C), C) το οποίο είναι υπογράφημα του G. Επειδή το C είναι ελαχιστικό, το C είναι ένωση ξένων «αστεριών» τα οποία δεν επικοινωνούν μεταξύ τους με ακμή, όπως στο Σχήμα 7.6. Εστω k το πλήθος των συνιστωσών (δηλαδή των ξένων «αστεριών») του C, τότε ισχύει ότι k = V ρ(g). Κάθε «αστέρι» του C περιέχει τουλάχιστον μια ακμή, και έτσι αν πάρουμε μια ακμή απο κάθε «αστέρι», παίρνουμε ταίριασμα M μεγέθους k. Άρα: ν(g) k = V ρ(g) ν(g) + ρ(g) V. (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 κορυφές βαθμού 0 (απομονωμένες), μπορούμε για κάθε μια από τις V ν(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. (2) Από τις σχέσεις (1) και (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. Παρατήρηση 7.3 Σε ένα εναλλασσόμενο μονοπάτι (v 1,..., v k ) του G με k άρτιο και k 2, αν οι κορυφές v 1 και v k είναι αταίριαστες στο M, τότε το μονοπάτι είναι αυξητικό. Δηλαδή μπορούμε στο μονοπάτι αυτό να πάρουμε μεγαλύτερο ταίριασμα από τις ακμές που μας δίνει το M. Σχήμα 7.8: Παράδειγμα ενός αυξητικού μονοπατιού. Σε ένα γράφημα G, συμβολίζουμε με q(g) το πλήθος των συνιστωσών περιττής τάξης του G. Παρατήρηση 7.4 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 7.4. Στην επόμενη διάλεξη μέσω του θεωρήματος του Tutte θα δείξουμε ότι η συνθήκη της Παρατήρησης 7.4 (γνωστή και ως συνθήκη του Tutte), εκτός από ικανή είναι και αναγκαία για να έχει ενα γράφημα τέλειο ταίριασμα.