图论 - 概念
无序对:对于二元集合{a,b},由于元素之间没有次序,称{a,b}为无序对,记为(a,b)。
有序对:由两个元素x和y(允许x=y)按一定顺序排列成的二元组叫做一个有序对,记作<x,y>,其中x是它的第一元素,y是它的第二元素。
无序积:设A,B为集合,则称{(a,b)| a∈A∧b∈B}为A与B的无序积,记为A&B。 恒有A&B=B&A。
笛卡尔积:设A,B是任意两个集合,用A中元素作第一元素,B中元素作第二元素,构成的有序对,所有这样有序对的全体组成的集合称集合A和B的笛卡儿积,记作A×B。
顶点集:非空集合V={v1,v2,…,vn},称为图G的顶点集(vertexset)V中元素称为顶点。
无向边:是无序积V&V的一个多重子集E={e1,e2,…,en},称为的边集(edge set),E中的元素称为无向边,简称边。
无向图:一个无向图是一个有序的二元组<V,E>,记作G, 即G=<V,E>。每条边都是无向边的图称为无向图。
有向边: E为边集,是笛卡儿积V×V的多重子集,其元素称为有向边,简称边。
有向图:一个有向图是一个有序的二元组<V,E>,记作D, 即D=<V,E>。每条边都是有向边的图称为有向图。
基图:将有向图各有向边均改成无向边后得到的无向图 称为原来有向图的基图(underlying graph)。
端点:图G中的边ek是V的两个元素vi,vj 的无序对(vi,vj),称vi,vj是ek的端点(end vertices)。
环:当vi=vj时,称ek为环(loop)或自回路(selfcircuit)。
权:在一些具体问题中,图的每条边上标注了具有 特定含义的数值,该数值称为该边的权(weight)。
带权图:边上带权的图成为带权图(weighted graph)或 网(network), 记为G=<V, E,W> 。
平行边:在无向图中, G的两个 顶点之间可能存在若干条不同的边, 称这些边为平行边或重边(multiple edges) 。 在有向图中,两个顶点间方向相同的若干条边称为平行边。
重数:平行边的条数称为重数。
对称边:两个顶点间方向相反的两条有向 边称为对称边(symmetricedges)。
简单图:含平行边的图称为多重图 (multigraph) ,既不含平行边也不含环的图称为简单图( simple graph) 。
顶点数:V表示G的顶点集,所以用|V|表示G的顶点数。
边数:E表示G的边集,所以用|E|表示G的边数。
阶数:即顶点数,相应阶数的图称为n阶图。
零图:若E=∅,则称G为零图(nullgraph)。 含有n个顶点的零图称为n阶零图,记作Nn。
平凡图:N1为平凡图(trivialgraph)。
空图:规定V=∅的图为空图(emptygraph),并记为∅。
标定图:称顶点或边用字母标定的图为标定图(labeled graph),否则称为非标定图。
稠密图和稀疏图:边很少(如|E|<|V|log2|V|)的图称为稀疏图(sparse graph);边很多的图称为稠密图(dense graph)。
关联:设ek=(vi,vj) 为无向图G中的一条边,顶点vi和 vj为ek的端点,称ek与vi(或vj) 是彼此关联的。
若vi≠vj,则称ek与vi(或vj) 的关联次数为1;
若vi=vj,则称ek与vi的关联次 数为2;
若vi不是ek的端点,则称ek与vi 的关联次数为0。
孤立点:无边关联的顶点称为孤立点 (isolatedvertex) 。
无向图
点的相邻:若∃et∈E且et=(vi,vj),则称vi和vj是相邻的。
边的相邻:若ek,el∈E且有公共端点,则称ek与el是相邻的。
有向图
点的邻接:若∃et∈E且et=<vi,vj>,则称vi邻接到vj,vj邻接于vi。
边的相邻:若ek,el∈E且ek的终点为el的始点,则称ek与el是相邻的。
度数:设G=<V,E>为一无向图,∀v∈V,称 v作为边的端点的次数之和为v的度数,简称为度 (degree),记为d(v)。
对于有向图,设D=<V,E>为有向图,∀v∈V,
出度:称v作为边的起点的次数之和为v的出度(out-degree), 记为d+(v)
入度:称v作为边的终点的次数之和为v的入度(in-degree), 记为d-(v)
有向图的度数=出度+入度
悬挂顶点:称度数为1的顶点为悬挂顶点。
悬挂边:与它关联的边称为悬挂边。
偶(奇)度顶点:度为偶数(奇数)的顶点称为偶度(奇度)顶点。
在无向图G中,令
△(G)= max{d(v)|v∈V(G)}
δ(G)= min{d(v)|v∈V(G)}
称△(G),δ(G)分别为G的最大度和最小度。
在有向图D中,可类似的定义最大度和最小度,此外令
△+(D)= max{d+(v)|v∈V(D)}
δ+(D)= min{d+(v)|v∈V(D)}
△-(D)= max{d-(v)|v∈V(D)}
δ-(D)= min{d-(v)|v∈V(D)}
分别称为D的最大出度,最小出度,最大入度,最小入度以上记号分别简记为△,δ,△+,δ+,△-,δ
度数列:设G=<V,E>是n阶无向图,V={v1, v2,…,vn},称d(v1),d(v2),…,d(vn)为G的度数列。 同样可定义有向图的度数列、出度列和入度列。
可图化:对于给定的非负整数列 d=(d1,d2,…,dn),若存在以V={v1,v2, …,vn}为顶点 集的n阶无向图G,使得d(vi)=di,则称d是可图化的。
特别地,若所得图是简单图,则称d是可简单图化的。
握手定理
无向图:度数之和=2*边数
有向图:度数之和=2*边数,出度之和=入度之和=边数
推论:任何图(无向的或有向的)中,奇度顶点的 个数是偶数。
可图化的充要条件:设非负整数列 d=(d1,d2,…, dn),则d是可图化的当且仅当度数之和为偶数。
可简单图化的必要条件:设G是任意n 阶无向简单图,则△(G)≤n-1。(最小度数<=n-1)
图同构:由于顶点位置的不同,边的直、曲不同,同一个图可能画出不同的形状。 像这种形状不同,但本质上是同一个图的现象称为图同构。
两图同构的必要条件:若两图同构, 则它们的阶数相同,边数相同,度列数相同等。 但反之不然。
无向完全图:设G是n阶无向简单图,若G中任何顶 点都与其余的n-1个顶点相邻,则称G为n阶无向完 全图(completegraph),记作Kn。
有向完全图:设D为n阶有向简单图,若D中任意两个顶点u、v 之间既有有向边<u,v>,又有<v,u>,则称D是n阶有向完全图(completedigraph) 。
n阶竞赛图:设D为n阶有向简单图,若D的基图为n阶无向完 全图Kn,则称D是n阶竞赛图。
k-正则图: 设G是n阶 无向简单图,若对于任意的顶点 v∈V(G),均有d(v)=k,则称G为 k-正则图(k-regulargraph) 。
子图:若V’⊆V且E’⊆E,则称G’是G的子图(subgraph), G是G’的母图(supergraph),记作G’⊆G。
真子图:若V’⊂V或E’⊂E,则称G’是G的真子图(prope subgraph)。
生成图:若G’⊆G且V’=V,则称G’是G的生成子图或支撑子 图(spanningsubgraph)。
导出子图:设V’⊂V且V’≠∅,以V’为顶点集,以V’中的顶点 为端点的所有的边为边集的图显然为G的子图,该 子图称为以V’导出的导出子图(induced subgraph), 记作G[V’]。 设E’⊂E且E’≠∅,以E’为边集,以E’中的边所关 联的所有的顶点为顶点集的G的子图,称为以E’导 出的导出子图,记作G[E’]。
补图:设G是n阶无向简单图,以V为 顶点集,以所有能使G成为完全图Kn的添加边组成的 集合为边集的图,称为G相对于完全图Kn的补图,简 称为G的补图,记作 。 若图G≌ ,则称G是自补图。
二部图:设G是一个无向图,如果能 将V分成V1和V2(V1∪V2=V,V1∩V2=∅),使得G中 的每条边的两个端点都是一个属于V1,另一个属于V2, 则称G为二部图(二分图、偶图,bipartite graph), 称V1和V2为互补顶点子集,常将二部图G记为 <V1,V2,E>。
简单二部图:又若G是简单二部图,V1中每个顶点均与V2中所有 顶点相邻,则称G为完全二部图,记为Kr,s,其中 r=|V1|,s=|V2|。