decembrie 2016 Grafuri. Noţiuni fundamentale. Grafuri euleriene şi grafuri hamilto

Σχετικά έγγραφα
Examen AG. Student:... Grupa:... ianuarie 2011

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Curs 4 Serii de numere reale

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

Examen AG. Student:... Grupa: ianuarie 2016

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Grafuri planare Colorarea grafurilor. Curs 12. Grafuri planare. Colorarea grafurilor. Polinoame cromatice. 23 decembrie 2016.

Cursul 11. Cuplaje. Sisteme de reprezentanti distincţi. Arbori de acoperire. Enumerarea tuturor arborilor cu număr fixat de noduri.

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

Curs 1 Şiruri de numere reale

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Curs 2 Şiruri de numere reale

Algoritmica grafurilor XI. Cuplaje in grafuri. Masuri de calitate. Numere Ramsey

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

ELEMENTE DE TEORIA GRAFURILOR

Integrala nedefinită (primitive)

Orice izometrie f : (X, d 1 ) (Y, d 2 ) este un homeomorfism. (Y = f(x)).

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Arbori și structuri decizionale

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune

Lucrare. Varianta aprilie I 1 Definiţi noţiunile de număr prim şi număr ireductibil. Soluţie. Vezi Curs 6 Definiţiile 1 şi 2. sau p b.

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

Cursul Măsuri reale. D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 15

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

7.2 Problema săptămânii Seminar Seminar Seminar Seminar Conexitate Teorie...

Subiecte Clasa a VIII-a

riptografie şi Securitate

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

Curs 4. I.4 Grafuri. Grafuri orientate

Grafuri. Liviu P. Dinu University of Bucharest Faculty of Mathematics and Computer Science

Criterii de comutativitate a grupurilor

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

Capitolul 4 PROPRIETĂŢI TOPOLOGICE ŞI DE NUMĂRARE ALE LUI R. 4.1 Proprietăţi topologice ale lui R Puncte de acumulare

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Geometrie computationala 2. Preliminarii geometrice

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

f(x) = l 0. Atunci f are local semnul lui l, adică, U 0 V(x 0 ) astfel încât sgnf(x) = sgnl, x U 0 D\{x 0 }. < f(x) < l +


Principiul incluziunii si excluziunii. Generarea şi ordonarea permutărilor. Principiul porumbeilor. Pri

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

Criptosisteme cu cheie publică III

O generalizare a unei probleme de algebră dată la Olimpiada de Matematică, faza judeţeană, 2013

Principiul Inductiei Matematice.

Subiecte Clasa a VII-a

z a + c 0 + c 1 (z a)

GRAFURI NEORIENTATE. 1. NoŃiunea de graf neorientat

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

Spatii liniare. Exemple Subspaţiu liniar Acoperire (înfăşurătoare) liniară. Mulţime infinită liniar independentă

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

MARCAREA REZISTOARELOR

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

* K. toate K. circuitului. portile. Considerând această sumă pentru toate rezistoarele 2. = sl I K I K. toate rez. Pentru o bobină: U * toate I K K 1

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. bh lh 2. abc. abc. formula înălţimii

CURS 11: ALGEBRĂ Spaţii liniare euclidiene. Produs scalar real. Spaţiu euclidian. Produs scalar complex. Spaţiu unitar. Noţiunea de normă.

Descompunerea unui graf in componente triconexe Algoritmul - J.E. Hopcroft si R.E. Tarjan

VII.2. PROBLEME REZOLVATE

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Esalonul Redus pe Linii (ERL). Subspatii.

Capitolul IC.07. Grafuri

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Să se arate că n este număr par. Dan Nedeianu

Proiectarea filtrelor prin metoda pierderilor de inserţie

FLUXURI MAXIME ÎN REŢELE DE TRANSPORT. x 4

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

Vectori liberi Produs scalar Produs vectorial Produsul mixt. 1 Vectori liberi. 2 Produs scalar. 3 Produs vectorial. 4 Produsul mixt.

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

EDITURA PARALELA 45 MATEMATICĂ DE EXCELENŢĂ. Clasa a X-a Ediţia a II-a, revizuită. pentru concursuri, olimpiade şi centre de excelenţă

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

Funcţii Ciudate. Beniamin Bogoşel

Rădăcini primitive modulo n

Spaţii vectoriale. Definiţia 1.1. Fie (K, +, ) un corp şi (V, +) un grup abelian.

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. = înălţimea triunghiului echilateral h =, R =, r = R = bh lh 2 A D ++ D. abc. abc =

( ) ( ) ( ) Funcţii diferenţiabile. cos x cos x 2. Fie D R o mulţime deschisă f : D R şi x0 D. Funcţia f este

I. Scrie cuvântul / cuvintele dintre paranteze care completează corect fiecare dintre afirmaţiile următoare.

riptografie şi Securitate

Seminariile Capitolul IX. Integrale curbilinii

Ecuatii trigonometrice

V O. = v I v stabilizator

Subiecte Clasa a VIII-a

Câmp de probabilitate II

Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu,

Dumitru Fanache TEORIA ALGORITMICĂ A GRAFURILOR NOŢIUNI FUNDAMENTALE. Volumul I EDITURA PARALELA 45

SEMINARUL 3. Cap. II Serii de numere reale. asociat seriei. (3n 5)(3n 2) + 1. (3n 2)(3n+1) (3n 2) (3n + 1) = a

Cercetari operationale. O.M. Gurzău

Transcript:

Grafuri. Noţiuni fundamentale. Grafuri euleriene şi grafuri hamiltoniene decembrie 2016

Grafuri Noţiuni fundamentale D.p.d.v. matematic, un graf este o structură G = (V, E) formată din o mulţime de noduri V şi o mulţime de muchii E. G este finit dacă V şi E sunt mulţimi finite. În acest curs vom considera doar grafuri finite. Ordinul unui graf este V, numărul de noduri. Mărimea unui graf este E, numărul de muchii. Fie x, y V. Spunem că x este vecinul lui y dacă E conţine o muchie de la x la y: dacă G este orientat, y este destinaţia unui arc cu sursa x. Vecinătatea lui x V este N(x) := {y y este vecin al lui x} Vecinătatea închisă a lui x este N[x] := N(x) {x} Gradul deg(x) lui x este numărul de vecini ai lui x Gradul minim al lui G este δ(g) = min{deg(x) x V } Gradul maxim al lui G este (G) = max{deg(x) x V }

Noţiuni fundamentale Exemplu a b c d e f g h G = (V, E) unde V = {a, b, c, d, e, f }, E = {{a, d}, {a, e}, {b, c}, {b, e}, {b, g}, {c, f }, {d, f }, {d, g}, {g, h}} N(d) = {a, f, g}, N[d] = {a, d, f, g}, (G) = deg(b) = 3, δ(g) = deg(h) = 1,

Teorema 1 a Teoriei Grafurilor Teorema 1 Într-un graf neorientat G, suma gradelor nodurilor sale este dublul numărului de muchii. O consecinţă este faptul că numărul nodurilor cu grad impar este par. Demonstraţie combinatorială. Fie S = v V deg(v). Se observă că, deoarece orice muchie are două capete, S este dublul numărului de muchii: deg(v) = 2 E v V Deasemenea S = v V deg(v) par deg(v) + v V deg(v) impar deg(v) şi S este par a doua sumă trebuie să fie pară. Deci, numărul de noduri cu grad impar trebuie să fie par.

Alte noţiuni fundamentale O muchie e E este incidentă la un nod x dacă x este un capăt al lui e. O cale de la v 1 la v n este o secvenţă d = (v 1, v 2,..., v n ) de noduri astfel încât v i+1 este vecinul lui v i pentru orice 1 i < n. Lungimea lui d este n 1. d este o cale simplă dacă nodurile v 1,..., v n sunt distincte. d este un ciclu dacă este o cale cu lungime 3 ale cărui capete coincid: v 1 = v n, iar v 1,..., v n 1 sunt distincte. d este un drum elementar dacă muchiile dintre nodurile succesive sunt distincte. d este un circuit dacă este drum elementar cu lungimea 3 şi v 1 = v n.

Exemplu ilustrat a c b d e f g (f ) este o cale cu lungimea 0. (a, c, f, c, b, d) este o cale cu lungimea 5. (b, a, c, b, d) este o cale cu lungimea 4 care nu este simplă, dar este drum elementar. (d, g, b, a, c, f, e) este drum elementar cu lungimea 6. (g, d, b, c, a, b, g) este un circuit. (e, d, b, a, c, f, e) şi (d, b, g, d, e, f, d) sunt circuite. Reţineţi că un drum poate avea lungimea 0, dar lungimea minimă a unui ciclu sau circuit este 3.

Teorema 2 a Teoriei Grafurilor Teorema 2 Într-un graf G cu nodurile u v, fiecare cale de la un nod u la v conţine o cale simplă de la u la v. Demonstraţie. Fie d o cale de la u la v în G. Teorema se demonstrează prin inducţie după lungimea lui d. Dacă d are lungimea 2 atunci d = (u, v) este o cale simplă. Pentru cazul inductiv, presupunem că teorema are loc pentru toate căile cu lungime < k, şi fie d o cale cu lungimea k, d = (u = w 0, w 1,..., w k 1, w k = v). Dacă toate nodurile sunt distincte, atunci d este o cale simplă de la u la v. În caz contrar, fie j cel mai mic indice a.î. w j = w r pentru un r > j. Fie d 1 calea (u = w 0,..., w j, w r+1..., w k = v). Lungimea lui d 1 este < k, deci d 1 conţine o cale simplă de la u la v, conform ipotezei inductive. Această cale este, evident, conţinută şi în calea d.

Operaţii pe grafuri Presupunem că G = (V, E) este un graf simplu, v V, S V, e E, T E Ştergere de noduri: G v este graful care se obţine eliminând din G nodul v şi toate arcele incidente la v. G S este graful care se obţine eliminând din G nodurile din S şi toate arcele incidente la un nod din S. Ştergere de muchii G e este graful care se obţine eliminând din G muchia e. Capetele lui e nu se elimină. G T este graful care se obţine eliminând din G toate muchiile din T. G este conex dacă există o cale între orice două noduri. În caz contrar, G nu este conex. O componentă a lui G este o parte maximală a lui G care este conexă. v este nod de tăiere dacă G v are mai multe componente decât G. e este o punte dacă G e are mai multe componente decât G.

Operaţii pe grafuri Example (Ştergere) a a a b c b c b c d d e f e f e f g G d g G g G (c, d) d este nod de tăiere în G. (a, b) este punte în G. a b c d e f g G {(e, g), (f, g)} Example (Grafuri conexe şi neconexe)

Mulţime de noduri de tăiere, conectivitate. Grafuri complete Presupunem că G = (V, E) este un graf conex neorientat. S V este o mulţime de noduri de tăiere pentru G dacă G S este neconectat. G este complet dacă orice două noduri sunt învecinate. K n se referă la graful complet cu n noduri. Grafurile K n nu au mulţimi de tăiere deoarece K n S rămâne conex indiferent de submulţimea S V. Conectivitatea κ(g) a lui G este numărul de elemente al unei mulţimi minimale de noduri de tăiere pentru G. Deasemenea, considerăm următoarele cazuri speciale: Dacă G nu este conex, presupunem că κ(g) = 0. Dacă G = K n presupunem că κ(g) = n 1. Pentru orice 0 < k κ(g), spunem că G este k-conex.

Subgraf indus al unui graf Presupunem că G = (V, E) este un graf şi S V. Subgraful indus de S în G este graful (S, E ) unde E este mulţimea de muchii din E care au ambele capete în S. Example a x a x b e d b d c G c Subgraf indus de {a, b, c, d, x}

Tipuri speciale de grafuri Grafurile complete K n Grafurile cale P n constau din o cale simplă de n noduri Grafurile vide E n au n noduri, şi nu au nici o muchie. Grafurile ciclice C n constau din cicluri de lungime n C 3 C 4 Grafuri bipartite G = (V, E): Grafuri simple neorientate, a.î. V = X Y unde X V şi Y = V \ X Toate muchiile au un capăt în X şi celălalt în Y.

Grafuri bipartite Primele 2 grafuri din figura de mai jos sunt bipartite, dar al treilea nu este bipartit. Un graf bipartit complet K m,n este un graf bipartit între X şi Y cu X = m, Y = n, astfel încât există o muchie între orice pereche de noduri (x, y) X Y. Exemple de grafuri bipartite complete

Grafuri bipartite Teorema de caracterizare Un graf cu cel puţin 2 noduri este bipartit dacă şi numai dacă nu conţine cicluri de lungime impară. Demonstraţie. : Fie G = (V, E) un graf bipartit între mulţimile X şi Y, şi fie C = (v 1,..., v k, v 1 ) un ciclu în G. Putem presupune că v 1 X. Atunci v i X pentru toţi i pari, şi v j Y pentru toţi j impari. Deoarece (v k, v 1 ) E, k trebuie să fie par nu putem avea în G un ciclu de lungime k impar. : Putem presupune, fără a reduce din generalitate, că G este conex (în caz contrar, putem trata separat componentele conexe ale lui G). Pentru v V definim X = {x V cea mai scurtă cale de la x la v are lungime pară}, Y = V \ X. Se verifică uşor că G este graf bipartit între X şi Y.

Grafuri izomorfe Observaţi că grafurile următoare sunt identice: a c d b 8 1 2 3 g e f h 7 6 5 4 Primul graf poate fi redesenat încât să arate ca al doilea graf.

Grafuri izomorfe Observaţi că grafurile următoare sunt identice: a c d b 8 1 2 3 g e f h 7 6 5 4 Primul graf poate fi redesenat încât să arate ca al doilea graf.

Grafuri izomorfe Observaţi că grafurile următoare sunt identice: a c d b 8 1 2 3 g e f h 7 6 5 4 Primul graf poate fi redesenat încât să arate ca al doilea graf. Ideea de izomorfism formalizează acest fenomen.

Grafuri izomorfe Observaţi că grafurile următoare sunt identice: a b 1 2 c d 8 3 g e f h 7 6 5 4 Primul graf poate fi redesenat încât să arate ca al doilea graf. Ideea de izomorfism formalizează acest fenomen. Grafuri izomorfe G = (V 1, E 1 ) şi H = (V 2, E 2 ) sunt izomorfe dacă există o funcţie bijectivă f : V 1 V 2 astfel încât (x, y) E 1 dacă şi numai dacă (f (x), f (y)) E 2.

Grafuri izomorfe Când 2 grafuri G şi H sunt izomorfe, se obişnuieşte să se spună că G = H sau că G este H. Dacă G şi H sunt izomorfe, atunci au acelaşi ordin şi mărime. Reciproca nu este adevărată, după cum se poate vedea în Figura 1 de mai jos. Figure: Două grafuri G şi H cu acelaşi ordin şi mărime, dar neizomorfe. Dacă G şi H sunt izomorfe atunci secvenţele de grade de noduri ale grefurilor coincid. Reciproca nu este adevărată.

Drumuri şi circuite Euleriene Un drum Eulerian într-un graf simplu G = (V, E) este un drum ce conţine toate muchiile lui G. Un circuit Eulerian într-un graf simplu G = (V, E) este un circuit ce conţine toate muchiile lui G. Un graf Eulerian este un graf simplu ce conţine un circuit Eulerian.

Drumuri şi circuite Euleriene Un drum Eulerian într-un graf simplu G = (V, E) este un drum ce conţine toate muchiile lui G. Un circuit Eulerian într-un graf simplu G = (V, E) este un circuit ce conţine toate muchiile lui G. Un graf Eulerian este un graf simplu ce conţine un circuit Eulerian. Se observă că Ciclurile C n sunt grafuri Euleriene. Căile P n nu conţin circuite nici un P n nu este graf Eulerian.

Drumuri şi circuite Euleriene Întrebări Care din grafurile următoare este Eulerian?

Drumuri şi circuite Euleriene Întrebări Care din grafurile următoare este Eulerian? Î: Cum putem recunoaşte grafurile Euleriene?

Drumuri şi circuite Euleriene Întrebări Care din grafurile următoare este Eulerian? Î: Cum putem recunoaşte grafurile Euleriene? R: Se cunosc două caracterizări importante: 1 bazată pe gradurile nodurilor 2 bazată pe existenţa unei colecţii speciale de cicluri.

Circuite Euleriene Teorema de Caracterizare Pentru un graf conectat G, afirmaţiile următoare sunt echivalente: 1 G este Eulerian. 2 Fiecare nod al lui G are grad par. 3 Muchiile lui G pot fi partiţionate în cicluri care nu au muchii în comun. Demonstraţia lui 1 2. Presupunem că G este Eulerian un circuit care conţine toate muchiile lui G De exemplu, v 1, v 3, v 4, v 1, v 2, v 6, v 1 este un circuit al grafului v 2 v 4 v 1 v 5 v 6 v 3 deg(v 2 ) = deg(v 3 ) = deg(v 4 ) = deg(v 6 ) = 2 deg(v 1 ) = 4 deg(v 5 ) = 0 Ori de câte ori circuitul Eulerian intră în un nod v pe o muchie, trebuie să plece din acel nod pe altă muchie. Deoarece nici o muchie nu apare de 2 ori în circuit, nr. de muchii incidente la v este par deg(v) este par.

Circuite Euleriene Demonstraţie a Teoremei de Caracterizare (continuare) Demonstraţie a 2 3. Presupunem că fiecare nod al lui G are grad par. Gândim inductiv după numărul de cicluri disjuncte ale lui G. G nu are noduri de grad 1 G nu este arbore G are cel puţin un ciclu C n1. Fie G graful produs din G prin eliminarea muchiilor lui C n1 toate nodurile lui G au grad par se deduce recursiv că G poate fi partiţionat în cicluri disjuncte C n2,..., C nk. Rezultă că C n1, C n2,..., C nk este o partiţie a lui G în cicluri (cu muchii) disjuncte. Example

Circuite Euleriene Demonstraţie a Teoremei de Caracterizare (continuare) Demonstraţie a 2 3. Presupunem că fiecare nod al lui G are grad par. Gândim inductiv după numărul de cicluri disjuncte ale lui G. G nu are noduri de grad 1 G nu este arbore G are cel puţin un ciclu C n1. Fie G graful produs din G prin eliminarea muchiilor lui C n1 toate nodurile lui G au grad par se deduce recursiv că G poate fi partiţionat în cicluri disjuncte C n2,..., C nk. Rezultă că C n1, C n2,..., C nk este o partiţie a lui G în cicluri (cu muchii) disjuncte. Example

Circuite Euleriene Demonstraţie a Teoremei de Caracterizare (continuare) Demonstraţie a 2 3. Presupunem că fiecare nod al lui G are grad par. Gândim inductiv după numărul de cicluri disjuncte ale lui G. G nu are noduri de grad 1 G nu este arbore G are cel puţin un ciclu C n1. Fie G graful produs din G prin eliminarea muchiilor lui C n1 toate nodurile lui G au grad par se deduce recursiv că G poate fi partiţionat în cicluri disjuncte C n2,..., C nk. Rezultă că C n1, C n2,..., C nk este o partiţie a lui G în cicluri (cu muchii) disjuncte. Example

Circuite Euleriene Demonstraţie a Teoremei de Caracterizare (continuare) Demonstraţie a 2 3. Presupunem că fiecare nod al lui G are grad par. Gândim inductiv după numărul de cicluri disjuncte ale lui G. G nu are noduri de grad 1 G nu este arbore G are cel puţin un ciclu C n1. Fie G graful produs din G prin eliminarea muchiilor lui C n1 toate nodurile lui G au grad par se deduce recursiv că G poate fi partiţionat în cicluri disjuncte C n2,..., C nk. Rezultă că C n1, C n2,..., C nk este o partiţie a lui G în cicluri (cu muchii) disjuncte. Example

Circuite Euleriene Demonstraţie a Teoremei de Caracterizare (continuare) Demonstraţie a 2 3. Presupunem că fiecare nod al lui G are grad par. Gândim inductiv după numărul de cicluri disjuncte ale lui G. G nu are noduri de grad 1 G nu este arbore G are cel puţin un ciclu C n1. Fie G graful produs din G prin eliminarea muchiilor lui C n1 toate nodurile lui G au grad par se deduce recursiv că G poate fi partiţionat în cicluri disjuncte C n2,..., C nk. Rezultă că C n1, C n2,..., C nk este o partiţie a lui G în cicluri (cu muchii) disjuncte. Example

Circuite Euleriene Demonstraţie a Teoremei de Caracterizare (continuare) Demonstraţie a 3 1. Presupunem că muchiile lui G pot fi partiţionate în k cicluri disjuncte C n1,..., C nk. Deoarece G este conectat, fiecare ciclu este un circuit Eulerian care are un nod comun cu alt ciclu ciclurile pot fi înlănţuite până se obţine un circuit Eulerian care conţine toate muchiile lui G. Example 4 6 5 7 8 1 3 2 9 Cicluri: Q 1 = 3, 6, 7, 8, 2, 4, 9, 3 Q 2 = 3, 8, 5, 1, 3 Q 3 = 6, 2, 7, 9, 5, 6 Q 4 = 4, 5, 7, 4 Primele 2 cicluri au nodul comun 3 circuitul R 1 = 3, 8, 5, 1, 3, 6, 7, 8, 2, 4, 9, 3 R 2 are 6 în comun cu al 3-lea ciclu circuitul R 3 = 3, 8, 5, 1, 3, 6, 2, 7, 9, 5, 6, 7, 8, 2, 4, 9, 3 Circuitul are 4 în comun cu a 4-lea ciclu circuitul Eulerian R 4 = 3, 8, 5, 1, 3, 6, 2, 7, 9, 5, 6, 7, 8, 2, 4, 5, 7, 4, 9, 3

Detectarea circuitelor Euleriene Algoritmul lui Hierholzer Alg. ilustrat de înlănţuite a ciclurilor se numeşte algoritmul lui Hierholzer. Rezolvă problema Se dă: un graf Eulerian G Sa caută un circuit Eulerian al lui G. 1 Se identifică un circuit R 1 al lui G şi se marchează muchiile lui R 1. Fie i = 1. 2 Dacă R i conţine toate muchiile lui G, stop: R i este Eulerian. 3 Dacă R i nu conţine toate muchiile lui G, fie v i un nod al R i incident la o muchie nemarcată e i. 4 Se construieşte un circuit de muchii nemarcate Q i, pornind de la nodul v i de-a lungul muchiei e i. Se marchează muchiile lui Q i. 5 Se crează un circuit nou R i+1 înlănţuind Q i în R i la nodul v i. 6 Se incrementează i cu 1 şi se revine la pasul (2).

Algoritmul lui Hierholzer Exemplu ilustrat

Detectarea drumurilor Euleriene Întrebare: Cum detectăm dacă un graf conţine un drum Eulerian?

Detectarea drumurilor Euleriene Întrebare: Cum detectăm dacă un graf conţine un drum Eulerian? Răspuns: Se observă că: Un graf Eulerian conţine un drum Eulerian deoarece orice circuit Eulerian este şi drum Eulerian. Există grafuri ne-euleriene ce conţin drumuri Euleriene.

Detectarea drumurilor Euleriene Întrebare: Cum detectăm dacă un graf conţine un drum Eulerian? Răspuns: Se observă că: Un graf Eulerian conţine un drum Eulerian deoarece orice circuit Eulerian este şi drum Eulerian. Există grafuri ne-euleriene ce conţin drumuri Euleriene. Corolar Un graf conectat G conţine un drum Eulerian dacă şi numai dacă are cel mult 2 noduri cu grad impar.

Algoritmul lui Fleury Se dă un graf G cu un drum sau circuit Eulerian Se caută un drum sau circuit corespunzător. Iniţial toate muchiile sunt nemarcate. 1 Se alege un nod v pe care-l numim nod fruntaş. 2 Dacă toate muchiile lui G au fost marcate, stop. Altfel, se trece la pasul 2. 3 Dintre toate muchiile incidente la nodul fruntaş se alege, dacă se poate, o muchie care nu este punte a muchiilor deja marcate. Dacă o astfel de muchie nu există, se alege una la întâmplare. Se marchează muchia aleasă iar capătul opus nodului fruntaş devine noul nod fruntaş. 4 Se revine la pasul (2).

Algoritmul lui Fleury Se dă un graf G cu un drum sau circuit Eulerian Se caută un drum sau circuit corespunzător. Iniţial toate muchiile sunt nemarcate. 1 Se alege un nod v pe care-l numim nod fruntaş. 2 Dacă toate muchiile lui G au fost marcate, stop. Altfel, se trece la pasul 2. 3 Dintre toate muchiile incidente la nodul fruntaş se alege, dacă se poate, o muchie care nu este punte a muchiilor deja marcate. Dacă o astfel de muchie nu există, se alege una la întâmplare. Se marchează muchia aleasă iar capătul opus nodului fruntaş devine noul nod fruntaş. 4 Se revine la pasul (2). Observaţii: Pasul 2 se efectuează de E ori, unde E = nr. de muchii ale lui G. În gen., detectarea dacă e E este punte are complexitatea O( E 2 ) alg. lui Fleury are complexitatea O( E 3 ).

Cicluri şi căi hamiltoniene O cale hamiltoniană P a unui graf simplu G este o cale simplă care conţine toate nodurile lui G. Un graf traversabil este un graf simplu care conţine o cale hamiltoniană. Un ciclu hamiltonian al unui graf este un ciclu care conţine toate nodurile grafului. Un graf hamiltonian este un graf care conţine un ciclu hamiltonian. Observaţii 1 Toate grafurile hamiltoniene sunt traversabile. 2 Există grafuri traversable care nu sunt hamiltoniene.

Detectarea grafurilor hamiltoniene Teorema lui Dirac Teorema lui Dirac Fie G un graf cu ordinul n 3. Dacă δ(g) n/2 atunci G este hamiltonian. Demonstraţie. Presupunem că G satisface condiţiile date, însă G nu este hamiltonian. Fie P = v 1,..., v p o cale simplă în G de lungime maximală toţi vecinii lui v 1 şi ai lui v p sunt pe P. Deasemenea, v 1 şi v p au cel puţin n/2 vecini pe P fiindcă δ(g) n/2. Demonstrăm că j {1,..., p 1} astfel încât v j N(v p ) şi v j+1 N(v 1 ). Dacă n-ar fi aşa, atunci pentru fiecare vecin v i de pe P al lui v p (reţinem că sunt n/2 astfel de v i ), v i+1 nu este vecin al lui v 1. Ar rezulta că deg(v 1 ) p 1 n 2 < n n 2 = n, contradicţie cu faptul 2 că δ(g) n/2. Deci, există un astfel de j, pentru care avem situaţia ilustrată în figura de mai jos:

Detectarea grafurilor hamiltoniene Teorema lui Dirac (continuare) Teorema lui Dirac Fie G un graf cu ordinul n 3. Dacă δ(g) n/2 atunci G este hamiltonian. Demonstraţie. (continuare) Fie C ciclul v 1, v 2,..., v j, v p, v p 1,..., v j+1, v 1. Presupunând că G nu este hamiltonian, există un nod al lui G care nu este în P. δ(g) n/2 şi n 3 implică δ(g) 2, deci G este conectat G are un nod w care nu-i in P şi este adiacent la un nod v i din P. Dar atunci calea care porneşte cu w, v i şi continuă în jurul ciclului C este mai lungă decât P, contradicţie. În concluzie G trebuie să fie graf hamiltonian.

Detectarea grafurilor hamiltoniene Alte criterii şi noţiuni auxiliare Teorema lui Dirac generalizată Fie G un graf cu ordinul n 3. Dacă deg(x) + deg(y) n pentru toate perechile de noduri neadiacente x, y, atunci G este hamiltonian.

Detectarea grafurilor hamiltoniene Alte criterii şi noţiuni auxiliare Teorema lui Dirac generalizată Fie G un graf cu ordinul n 3. Dacă deg(x) + deg(y) n pentru toate perechile de noduri neadiacente x, y, atunci G este hamiltonian. O mulţime de noduri a unui graf G este independentă dacă nu conţine noduri adiacente. Numărul de independenţă α(g) al unui graf G este mărimea cea mai mare posibilă a unei mulţimi independente a lui G. Example Se consideră grafurile Cea mai mare mulţime independentă a lui G 1 este {c, d}, deci α(g 1 ) = 2. Există 2 mulţimi independente cu mărimea 3 în G 2 : {a, c, e} şi {b, d, f }, şi nici una cu mărimea 4, deci α(g 2 ) = 3.

Detectarea grafurilor hamiltoniene Alte criterii şi noţiuni auxiliare Conectivitatea κ(g) unui graf G este este mărimea minimă a unei mulţimi de tăiere a lui G. Teoremă (Chvátal şi Erdös, 1972) Fie G un graf conectat cu ordinal n 3, conectivitatea κ(g), şi numărul de independenţă α(g). Dacă κ(g) α(g), atunci G este hamiltonian. Exerciţiu (Jocul icosian al lui Hamilton) Să se arate că graful ilustrat în cercul de mai jos este hamiltonian.

Grafuri hamiltoniene şi grafuri traversabile Exerciţii 1 Să se demonstreze că dacă G este hamiltonian atunci G este 2-conectat. 2 Să se indice conectivitatea şi numărul de independenţă al grafului Petersen ilustrat mai jos.

Grafuri hamiltoniene Două definiţii şi trei grafuri speciale Date fiind două grafuri G şi H, spunem că G este liber de H dacă G nu conţine o copie a lui H ca şi graf indus. Dacă S este o colecţie de grafuri, spunem că G este liber de S dacă G nu conţine nici unul din grafurile lui S ca şi graf indus. Trei grafuri speciale K 1,3 Z 1 N

Grafuri hamiltoniene Alte rezultate Theorem (Goodman şi Hedetniemi, 1974) Dacă G este un graf 2-conectat şi liber de {K 1,3, Z 1 } atunci G este hamiltonian. Demonstraţie. Fie G un astfel de graf, şi fie C un ciclu de lungime maximă în G. Deoarece G este 2-conectat, un astfel de ciclu C există. Demonstrăm că C este ciclu hamiltonian. Dacă G nu ar fi hamiltonian, ar exista un nod v care nu este în C şi care este adiacent la un nod w din C. Fie a şi b succesorul şi predecesorul imediat al lui w în ciclul C. Dacă {a, b} N(v) un ciclu mai lung decât C {a, b} N(v) =. Dacă a, b nu sunt adiacente atunci subgraful indus de {w, v, a, b} este K 1,3, contradicţie cu ipoteza că G este liber de K 1,3 ab trebuie să fie muchie în G. Însă în acest caz subgraful indus de {w, v, a, b} este Z 1, contradicţie cu ipoteza că G este liber de Z 1. C este ciclu hamiltonian.

Grafuri hamiltoniene Alte rezultate Teoremă (Duffus, Gould şi Jacobson, 1981) Fie G un graf liber de {K 1,3, N}. 1 Dacă G este conectat atunci G este traversabil. 2 Dacă G este 2-conectat atunci G este hamiltonian.

Grafuri hamiltoniene Alte rezultate Teoremă (Duffus, Gould şi Jacobson, 1981) Fie G un graf liber de {K 1,3, N}. 1 Dacă G este conectat atunci G este traversabil. 2 Dacă G este 2-conectat atunci G este hamiltonian. Observaţii. Ultimele 2 teoreme interzic ca graful K 1,3 să apară ca subgraf. De obicei, graful K 1,3 se numeşte gheară, şi este un graf interzis să apară în numeroase teoreme din teoria grafurilor.

Bibliografie J. M. Harris, J. L. Hirst, M. J. Mossinghoff. Combinatorics and Graph Theory. Second Edition. Springer 2008. Secţiunea 1.4. Trails, Circuits, Paths, and Cycles.