Θεωρία Γραφημάτων 10η Διάλεξη

Σχετικά έγγραφα
Θεωρία Γραφημάτων 9η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 8η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 11η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 7η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 6η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

Θεωρι α Γραφημα των 10η Δια λεξη

Θεωρία Γραφημάτων 4η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 2η Διάλεξη

Θεωρία Γραφημάτων 2η Διάλεξη

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

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

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

Θεωρία Γραφημάτων 3η Διάλεξη

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

Θεωρία Γραφημάτων 1η Διάλεξη

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

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

Θεωρία Γραφημάτων 1η Διάλεξη

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

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

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

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

Σειρά Προβλημάτων 1 Λύσεις

χ(k n ) = n χ(c 5 ) = 3

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

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

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

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

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

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

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

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

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

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

Θεωρία Γραφημάτων: Ορολογία και Βασικές Έννοιες

ΠΛΗ 20, 4 η ΟΣΣ: Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

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

Θεωρία Γραφημάτων και Εφαρμογές - Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Φεβρουάριος 2017

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΕΘΝΗ ΦΟΙΤΗΤΙΚΗ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΟΜΑΔΑ Α

Θεωρία Γραφημάτων: Ορολογία και Βασικές Έννοιες

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

Αλγόριθμοι για ανάθεση συχνοτήτων και έλεγχο αποδοχής κλήσεων σε κυψελικά ασύρματα δίκτυα

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

Πανεπιστήμιο Στερεάς Ελλάδας Τμήμα Πληροφορικής ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ. 9 η Διάλεξη Χρωματισμός γράφων Θεωρήματα Τεχνικές Εφαρμογές

Ασκήσεις στους Γράφους. 2 ο Σετ Ασκήσεων. Δέντρα

Στοιχεία Θεωρίας Γραφηµάτων (1)

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

n ίδια n διαφορετικά n n 0 n n n 1 n n n n 0 4

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

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

Επαγωγή και αναδρομή για άκυκλα συνεκτικά γραφήματα

Επίπεδα Γραφήματα (planar graphs)

Θεωρι α Γραφημα των 8η Δια λεξη

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

Επίπεδα Γραφήματα : Προβλήματα και Υπολογιστική Πολυπλοκότητα

Δρομολόγηση Και Πολύχρωματισμός. Γραφημάτων ΚΑΡΑΓΕΩΡΓΟΣ ΤΙΜΟΘΕΟΣ Α.Μ 1026

ΠΛΗ 20, 5 η ΟΣΣ: Θεωρία Γραφημάτων

Φροντιστήριο 11 Λύσεις

Θεωρι α Γραφημα των 9η Δια λεξη

Βασικές Έννοιες Θεωρίας Γραφημάτων

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

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

Επίλυση Προβλημάτων με Χρωματισμό. Αλέξανδρος Γ. Συγκελάκης

Κατανεμημένα Συστήματα Ι

ΧΡΩΜΑΤΙΣΜΟΣ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ

Το Πρόβλημα της Πινακοθήκης (The Art Gallery Problem)

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

m = 18 και m = G 2

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα

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

Χρωματισμός γραφημάτων

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

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

w S n lim (n 1)! = x(x + q)(x + q + q 2 ) (x + q + q q n 1 ),

Μέγιστη Ροή Ελάχιστη Τομή

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

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

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

Κ Ε Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

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

Το Πρόβλημα της Πινακοθήκης (The Art Gallery Problem)

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

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

y(p) = 0 y(p) = 0 y(p) = 0

Edge-coloring σε διμερή πολυγραφήματα

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

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

(β) Θεωρούµε µια ακολουθία Nθετικών ακεραίων η οποία περιέχει ακριβώς

ΠΛΗ 20, 5 η ΟΣΣ: Θεωρία Γραφημάτων

Ελάχιστο Γεννητικό Δένδρο. Παράδειγμα - Αλγόριθμος Prim. Γιατί δουλεύουν αυτοί οι αλγόριθμοι;

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

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Επαγωγή και αναδρομή για συνεκτικά γραφήματα

Θεωρία και Αλγόριθμοι Γράφων

Μαθηματική Επαγωγή. Τεχνικές Απόδειξης. Αποδείξεις Ύπαρξης. Μαθηματική Επαγωγή

Transcript:

Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Α. Συμβώνης Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Τομέας Μαθηματικών Φεβρουάριος 07 Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 0 / 3

Χρωματισμός ακμών k-χρωματισμός ακμών: Η ανάθεση χρωμάτων από το χρωματικό σύνολο,..., k στις ακμές ενός γραφήματος G. x k-χρωματισμός ακμών (εναλλακτικός ορισμός): 4 v 3 4 w 4-χρωματισμός ακμών Μια διαμέριση {E, E,..., E k } των ακμών E(G) ενός γραφήματος G. y Νόμιμος χρωματισμός ακμών: x Ένας χρωματισμός στον οποίο κάθε ζεύγος γειτονικών ακμών χρωματίζεται με διαφορετικά χρώματα. 3 v 4 3 w νόμιμος χρωματισμός ακμών Νόμιμος k-χρωματισμός ακμών: Ένας k-χρωματισμός ακμών {E, E,..., E k } όπου κάθε υποσύνολο ακμών E i, i k, είναι ένα ταίριασμα στο γράφημα G. y Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 03 / 3

Ένα γράφημα G ονομάζεται k-χρωματίσιμο ως προς τις ακμές, ανν έχει έναν νόμιμο k-χρωματισμό ακμών. Χρωματικός δείκτης χ (G): Έστω γράφημα G χωρίς βρόγχους. Ο χρωματικός δείκτης χ (G) είναι ο ελάχιστος ακέραιος k τέτοιος ώστε το G είναι νόμιμα k-χρωματίσιμο ως προς τις ακμές. Σημείωση: Για κάθε γράφημα G χωρίς βρόγχους ισχύει χ (G) (G). Σημείωση: Έστω γράφημα G το οποίο είναι άρτιος κύκλος. Τότε, χ (G) =. Έστω γράφημα G, έστω ένας k-χρωματισμός C = {E, E,..., E k } του G και έστω μια κορυφή V (G). Λέμε ότι το χρώμα i εκπροσωπείται στην κορυφή αν υπάρχει μια ακμή e E i η οποία προσπίπτει στην κορυφή. c(): Έστω γράφημα G, χρωματισμός C του G και κορυφή V (G). Με c() συμβολίζουμε τον αριθμό χρωμάτων του C που εκπροσωπούνται στην. c() d() Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 04 / 3

Λήμμα 0.: Έστω συνεκτικό γράφημα G χωρίς βρόγχους το οποίο δεν είναι περιττός κύκλος. Τότε το G έχει έναν -χρωματισμό ακμών στον οποίο και τα χρώματα εκπροσωπούνται σε κάθε κορυφή βαθμού. Απόδειξη : Περίπτωση : Το γράφημα έχει περιήγηση Eler. Αν το G είναι ένας άρτιος κύκλος, ένας νόμιμος -χρωματισμός του G πληροί την ιδιότητα. Διαφορετικά (το G δεν είναι περιττός κύκλος) το G έχει τουλάχιστον μια κορυφή άρτιου βαθμού 4, έστω την. Έστω P = e v e... e m μία περιήγηση Eler του G όπου m = E(G). Κάθε κορυφή v V (G) εμφανίζεται ως εσωτερική στην περιήγηση Eler P. Αυτό ισχύει γιατί για κάθε κορυφή έχουμε ότι d(v) v V (G) και d() 4. Ο -χρωματισμός C = {E, E } όπου E = {e i i περιττός} και E = {e i i άρτιος} έχει τη ζητούμενη ιδιότητα. Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 05 / 3

Περίπτωση : Το γράφημα G δεν έχει περιήγηση Eler Κατασκευάζω με βάση το G γράφημα G : Προσθέτω νέα κορυφή. Ενώνω την με τις κορυφές περιττού βαθμού του G. G G 5 6 7 8 9 G E 3 4 0 E Κάθε κορυφή του G έχει άρτιο βαθμό. Ορίζουμε τον χρωματισμό C G = {E, E } του G όπως στην περίπτωση-. Ορίζουμε τον χρωματισμό C G = {E E(G), E E(G)}. Ο C G έχει την ζητούμενη ιδιότητα. Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 06 / 3

Λήμμα 0.: Έστω χρωματισμός ακμών C ενός γραφήματος G. Ο C είναι ένας νόμιμος χρωματισμός του G ανν c() = d() για κάθε κορυφή του G. Βελτιωμένος χρωματισμός ακμών: Έστω δύο k-χρωματισμοί ακμών, C και C ενός γραφήματος G. Λέμε ότι ο C είναι ένας βελτιωμένος χρωματισμός ακμών ως προς τον C εάν c () > c() V (G) V (G) όπου c () είναι ο αριθμός των χρωμάτων που εκπροσωπούνται στην κορυφή στην χρωματισμό C. Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 07 / 3

Βέλτιστος k-χρωματισμός ακμών: Ένας k-χρωματισμός ακμών που δεν μπορεί να βελτιωθεί. 3 3 3 3 c() = 0 c() = Βέλτιστος -χρωματισμός ακμών. }{{} 3-χρωματισμός ακμών. Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 08 / 3

Λήμμα 0.3: Έστω C = {E, E..., E k } ένας βέλτιστος k-χρωματισμός ακμών του G. Εάν υπάρχει μια κορυφή του G και χρώματα i, j τέτοια ώστε το i να μην εκπροσωπείται στην και το j να εκπροσωπείται τουλάχιστον φορές στην, τότε η συνιστώσα του G [E i E j ] που περιέχει την είναι περιττός κύκλος. Απόδειξη [Με άτοπο]: Έστω μια κορυφή και i, j χρώματα που ικανοποιούν την υπόθεση. Έστω ότι η συνιστώσα H του G [E i E j ] που περιέχει την δεν είναι περιττός κύκλος. Από το Λήμμα 0., η H έχει έναν -χρωματισμό ακμών C όπου και τα χρώματα εκπροσωπούνται σε κάθε κορυφή βαθμού της H. Θεωρούμε ότι τα δύο χρώματα του C είναι τα i και j. Τροποποιούμε το χρωματισμό C έτσι ώστε οι ακμές της H να χρωματιστούν σύμφωνα με τον C. { Έστω C = E, E,..., E i,... E j k},..., E ο νέος k-χρωματισμός ακμών του G όπου μόνο τα E i και E j έχουν αλλάξει σε σχέση με τον C. c (v): ο αριθμός χρωμάτων που εκπροσωπούνται στην κορυφή v, v V (G), στο C. c ()= c() + και c (v) c(v) v V : v. c (v) > c(v) Άτοπο, γιατί υποθέσαμε ότι C βέλτιστο. v V (G) v V (G) Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 09 / 3

Θεώρημα 0.4 [Koning]: Έστω ένα διμερές γράφημα G. Τότε, χ (G) = (G). Απόδειξη : Έστω G ένα διμερές γράφημα με χ (G) > (G). Έστω C = { E, E,..., E (G) } ένας βέλτιστος χρωματισμός ακμών του G. Έστω κορυφή : c() < d(). [Η κορυφή πάντα υπάρχει. Εάν για κάθε κορυφή ίσχυε ότι c() = d() τότε θα είχαμε έναν νόμιμο (G)-χρωματισμό ακμών [Λήμμα 0.].] Η ικανοποιεί την υπόθεση του Λήμματος 0.3. Άρα, το G περιέχει έναν περιττό κύκλο. Το G δεν είναι διμερές. Άτοπο. Θεώρημα 0.5 [Vizing-964,Gpta-966]: Έστω απλό γράφημα G. Τότε, είτε χ (G) = (G) ή χ (G) = (G) +. Απόδειξη [Fornier-973]: Έστω γράφημα G. Αρκεί να δείξουμε ότι χ (G) (G) +. Έστω ότι χ (G) > (G) + [για} να καταλήξουμε σε άτοπο]. Έστω C = {E, E,..., E (G)+ ένας βέλτιστος ( (G) + )-χρωματισμός ακμών. Έστω κορυφή : c() < d(). [Πάντα υπάρχει!! Γιατί?] Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 0 / 3

Υπάρχουν χρώματα i 0 και i : το i 0 δεν εκπροσωπείται στην ενώ το i εκπροσωπείται τουλάχιστον φορές. Έστω ότι οι ακμές v και v έχουν χρώμα i. d(v ) < (G) + Υπάρχει χρώμα, έστω i, που δεν εκπροσωπείται στην v. Το χρώμα i εκπροσωπείται στην. Έστω ότι η ακμή v έχει χρώμα i. Συνεχίζοντας με όμοιο τρόπο κατασκευάζουμε ακολουθία κορυφών v, v,... και ακολουθία χρωμάτων i, i,... τέτοια ώστε: Η v j έχει χρώμα i j. Το χρώμα i j+ δεν εκπροσωπείται στην v j. Λόγω του ότι ο βαθμός της είναι πεπερασμένος, υπάρχει μικρότερος ακέραιος l: για κάποιο k < l ισχύει i l+ = i k. v v k i k i i v v i k i v k i l i k = i l+ v l v l+ Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 / 3

Επαναχρωματίζουμε το G: Η ακμή v j { χρωματίζεται με i j+, } i k. Έστω C = E, E,..., E (G)+ ο νέος χρωματισμός. c (v) c(v) v V (G) Το C είναι επίσης βέλτιστος ( (G) + )-χρωματισμός ακμών του G. i 0 v k i k i k v i 3 i i v v v k i l i0 /i k v l Η συνιστώσα H του G [ E i 0 E i k ] που περιέχει την είναι περιττός κύκλος [Λήμμα 0.3]. Συνεχίζοντας, επαναχρωματίζουμε το G: Η ακμή v j με χρώμα i j+, j l Η ακμή v { l παίρνει χρώμα i k γιατί } i k = i l+. Έστω C = E, E,..., E ο νέος (G)+ χρωματισμός. c (v) c(v) v V (G) Το C είναι επίσης βέλτιστος ( (G) + )-χρωματισμός ακμών του G. i 0 v k v i k i 3 i v i k+ v i v k i k i0 /i k v l i 0 Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 / 3

Η συνιστώσα H του G [ E i 0, E i k ] που περιέχει την είναι περιττός κύκλος και, επιπλέον, περιέχει την v k. Λόγω του ότι η v k έχει βαθμό στην H, η v k έχει βαθμό στην H. Άρα, η H δεν είναι περιττός κύκλος. Άτοπο. Πολλαπλότητα γραφήματος µ(g): Ο μέγιστος αριθμός ακμών που ενώνει κορυφές του G. Συμβολίζεται με µ(g). Ο Vizing απέδειξε το παρακάτω, πιο γενικό θεώρημα: Θεώρημα 0.6 [Vizing-964]: Έστω γράφημα G χωρίς βρόγχους. Τότε, (G) χ (G) (G) + µ(g). Παράδειγμα: µ µ µ (G) = µ µ(g) = µ χ (G) = 3µ = (G) + µ(g) Α. Συμβώνης (ΕΜΠ) Θεωρία Γραφημάτων 0η Διάλεξη Φεβρουάριος 07 3 / 3