第六讲 图论(精选)
图论知识点
图论知识点摘要：图论是数学的一个分支，它研究图的性质和应用。
图由节点（或顶点）和连接这些节点的边组成。
本文将概述图论的基本概念、类型、算法以及在各种领域的应用。
1. 基本概念1.1 节点和边图由一组节点（V）和一组边（E）组成，每条边连接两个节点。
边可以是有向的（指向一个方向）或无向的（双向连接）。
1.2 路径和环路径是节点的序列，其中每对连续节点由边连接。
环是一条起点和终点相同的路径。
1.3 度数节点的度数是与该节点相连的边的数量。
对于有向图，分为入度和出度。
1.4 子图子图是原图的一部分，包含原图的一些节点和连接这些节点的边。
2. 图的类型2.1 无向图和有向图无向图的边没有方向，有向图的每条边都有一个方向。
2.2 简单图和多重图简单图是没有多重边或自环的图。
多重图中，可以有多条边连接同一对节点。
2.3 连通图和非连通图在无向图中，如果从任意节点都可以到达其他所有节点，则称该图为连通的。
有向图的连通性称为强连通性。
2.4 树树是一种特殊的连通图，其中任意两个节点之间有且仅有一条路径。
3. 图的算法3.1 最短路径算法如Dijkstra算法和Bellman-Ford算法，用于在加权图中找到从单个源点到所有其他节点的最短路径。
3.2 最大流最小割定理Ford-Fulkerson算法用于解决网络流中的最大流问题。
3.3 匹配问题如匈牙利算法，用于解决二分图中的匹配问题。
4. 应用4.1 网络科学图论在网络科学中有广泛应用，如社交网络分析、互联网结构研究等。
4.2 运筹学在运筹学中，图论用于解决物流、交通网络优化等问题。
4.3 生物信息学在生物信息学中，图论用于分析蛋白质相互作用网络、基因调控网络等。
5. 结论图论是数学中一个非常重要和广泛应用的领域。
它不仅在理论上有着深刻的内涵，而且在实际应用中也发挥着关键作用。
随着科技的发展，图论在新的领域中的应用将会不断涌现。
本文提供了图论的基础知识点，包括概念、图的类型、算法和应用。
第6讲 第三章 电阻电路的一般分析(一)
2. 独立方程的列写
1.从电路的n个结点பைடு நூலகம்任意选择n-1个结点列写KCL方程 2.选择基本回路列写b-(n-1)个KVL方程
n=4 b=6
当一条支路仅含电流源而不存 在与之并联的电阻时，无法将 支路电压以支路电流表示
元件VCR
KCL
求解
KVL
3. 支路电流方程的列写步骤
• 标定各支路电流（电压）的参考方向； • 从电路的n个结点中任意选择n-1个结点列写KCL方程 • 选择基本回路，结合元件的特性方程列写b-(n-1)个KVL方程 求解上述方程，得到b个支路电流； • 进一步计算支路电压和进行其它分析 需要注意的是： 支路电流法列写的是 KCL和KVL方程，所以方程列写 方便、直观，但方程数较多，宜于利用计算机求解。人工 计算时，适用于支路数不多的电路。 若将支路的电流用支路电压表示，然后带入KCL方程，连 同支路电压的KVL方程，可以得到以支路电压为变量的b个方程 ——支路电压法
第六讲 电阻电路的一般分析 （一）
• 知识点:
1. 电路的图 2. KCL和KVL的独立方程数 3. 支路电流法、网孔电流法
• 教学目标:
1. 了解电路分析中一些常用的名词 2. 掌握KCL和KVL的独立方程数及其在电路求解中的应用 3. 理解支路电流法、网孔电流法进行电路分析的一般思路
1
电路的图
-I1-I2+I3=0 7I1-11I2+35I3=70 11I2-28I3=0
支路电流法特点： • 支路电流法是最基本的方法，在方程数目不多的情况下可以 使用，由于支路电流法需要同时列写KCL和KVL方程，方程 数较多，且规律性不强，手工求解比较繁琐，也不便于计算 机编程求解。
网孔电流法
图论(详细)
在各种各样的图中，有一类图是十分 简单又非常具有应用价值的图，这就是树。 例3：已知有六个城市，它们之间 要 架设电话线，要求任意两个城市均可以互 相通话，并且电话线的总长度最短。
如果用六个点v1…v6代表这六个城市， 在任意两个城市之间架设电话线，即在相应 的两个点之间连一条边。这样，六个城市的 一个电话网就作成一个图。由于任意两个城 市之间均可以通话，这个图必须是连通图。 并且，这个图必须是无圈的。否则，从圈上 任意去掉一条边，剩下的图仍然是六个城市 的一个电话网。图8是一个不含圈的连通图， 代表了一个电话线网。
有向图：关联边有方向. 弧：有向图的边a=(u ,v),起点u,终点v； 路：若有从 u 到 v 不考虑方向的链,且各 方向一致,则称之为从u到v的路； 初等路: 各顶点都不相同的路；
初等回路: u = v 的初等路; 连通图： 若不考虑方向是 无向连通图; 强连通图：任两点有路;
2.树和最小支撑树
v1 v6
v3
v5
图3
从以上的几个例子可以看出，我们用点和 点之间的线所构成的图，反映实际生产和 生活中的某些特定对象之间的特定关系。 一般来说，通常用点表示研究对象用点与 点之间的线表示研究对象之间的特定关系。 由于在一般情况下，图中的相对位置如何， 点与点之间线的长短曲直，对于反映研究 对象之间的关系，显的并不重要，因此， 图论中的图与几何图，工程图等本质上是 不同的。
v3
v5
v1 v6 v2
a
v1
v6
v2
b
v4
图10
v4
显然,如果图K=( V, E’ )是图G=(V, E)的一个 支撑树,那么K 的边数是p(G)-1，G中不属于 支撑树K的边数是q(G)-p(G)+1。 定理8.7 一个图G有支撑树的充要条件是G是 连通图
图论讲义第6章-图的着色问题
| c1 (ν ) | = 1 ，其中 ci (υ ) 表示 υ 阶第 i 类图的集合。这 v →∞ | c (ν ) ∪ c (ν ) | 1 2
vk
… v3 v2
i4 i3 i2
u
… H2
ik i0
…
im ik
i1
vm
v1
v
但是，因 vk 在 H 1 中的度为 2（恰与一条 i0 色边和一条 ik 色边相关联） ，故它在 H 2 中的 。这与 H 2 是奇圈矛盾。 （注意 vk 必在分支 H 2 中，因它与 度为 1（仅与一条 i0 色边相关联） 。由此可知反证法假设不能成立。证毕。 vk－1 有 i0、ik 交错路（ H 1 的一段）相连） 对于有重边的图 G，设 μ (G ) 表示 G 中边的最大重数，Vizing 实际上证明了一个更一般 的结论： Δ (G ) ≤
（其中 v0 点的关联边有可能是同一种色） 。按这 样可得 G*的一个边 2-染色 c = ( E1 , E 2 ) ， 种办法给 G*的边染色后，去掉 v0 及其关联的边，便得到 G 的一个边 2-染色。对于 G 中偶 度点，它关联的边及其颜色与 G*中相同；对 G 的任何奇度点 v，在 G 中比在 G*中少关联一 条边，但只要 d G ( v ) > 1 , 便有 d G ( v ) ≥ 3 , 故由染色的方法知，与 v 点关联的边中两种颜色 的都有。这说明 G 的边 2-染色 c = ( E1 ∩ E (G ), E 2 ∩ E (G )) 即为所求的边 2-染色。证毕。
… H1 vk-1
ikik i0
( Δ + 1) 边染色。由引理 6.1.2， G[ Ei′0 ∪ Ei′k ] 中含有 u 的那个分支 H 1 是个奇圈。
运筹学第06章图论概述
v1
v2
v5
0 2 0 0 1 2 0 1 1 0 A 0 1 0 2 0
v3
v4
0 1 2 0 1
1 0 0 1 1
图的存储方式(3)
该问题已经证明无解
A D
B
图的基本概念(1)
图：顶点和边的集合 点的集合用V表示，边的集合用E表示，则图可以表示为G=(V, E) 如下图
A
e6
e5
G=(V, E)
e1
其中，V={A, B, C, D}
E={e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7 }
C
e3
D E中，e1=(A, D), e2=(B, D), e3=(C, D)
书上介绍的三种算法，不需要明确的划分阶段，较为适合计算机运算
狄克斯拉(Dijkstra)算法(1)
该算法有两个依据 从v1 到vn 的最短路线也是从vn 到v1 的最短路线 对于无向图必定成立 对于有向图而言，vn 到v1 的最短路线是指将图中弧的方向反过来，但权 值不变时的最短路线 以vn 为起点，v1 为终点应用动态规划的最优性原理 第一条依据保证了按这种方法求得的结果是从v1 到vn 的最短路线
狄克斯拉(Dijkstra)算法(3)
该算法适用于无负初等回路的赋权连通图(有向图或无向图皆可)，但算法本身 不能判定图中是否存在负初等回路
因此，该算法一般应用于无负权值的赋权连通有向图或无向图
示例(6.1-1)
路线图如下所示，箭头表示通行方向，线上数字表示道路长度，试用 Dijkstra 算法求s到t的最短路线
图论的介绍ppt课件
工程项目的任务安排，如何满足限制条件，并在最短时 间内完成？
Program structure
大型软件系统，函数（模块）之间调用关系。编译器分 析调用关系图确定如何最好分配资源才能使程序更有效 率。
Graph Applications
Graph Problems and Algorithms
图论的介绍ppt课件
欧拉路径 解決哥尼斯保七桥问題
原來是一笔画问题啊！
数学家欧拉(Euler, 1707-1783) 于1736年严格的证明了上述哥尼斯堡 七桥问题无解，并且由此开创了图论的典型思维方式及论证方式
实际生活中的图论 Graph Model
电路模拟
例：Pspice、Cadence、ADS…..
哈密頓（Hamilton） 周遊世界问題
正十二面体有二十个顶点 表示世界上20个城市 各经每个城市一次 最后返回原地
投影至平面
哈密頓路径至今尚无有效方法來解決！
最短路径问題
(Shortest Path Problem)
最快的routing
最快航線
B 2
1
E
3
A
C 1
3 2F
1
3
D
3 3
G
最短路径算法Dijkstra算 法
二分图（偶图） Bipartite graphs
A graph that can be decomposed into two partite sets but not fewer is bipartite
It is a complete bipartite if its vertices can be divided into two non-empty groups, A and B. Each vertex in A is connected to B, and viceversa
《图论的介绍》课件
图论的介绍
汇报人：
目录
PART One
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PART Three
图论的应用领域
PART Two
图论的基本概念
PART Four
图论的基本问题
PART Five
图论的算法和数据 结构
PART Six
图论的扩展知识
单击添加章节标题
图论的基本概念
图论的发展历程
18世纪末，欧拉提出“七桥问题”，开启了图论的先河
匹配问题
匹配问题定义：在图论中，匹配问 题是指在图中找到一组边，使得每 个顶点恰好有一条边。
最小匹配问题：在图中找到一组边， 使得边的数量最少。
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最大匹配问题：在图中找到一组边， 使得边的数量最多。
完美匹配问题：在图中找到一组边， 使得每个顶点恰好有一条边，并且 边的数量最多。
图论的扩展知识
欧拉路径和欧拉回路
欧拉路径：通过图中所有边且仅通过一次的路径
欧拉回路：通过图中所有边且仅通过一次的回路
欧拉定理：一个无向图存在欧拉回路当且仅当每个顶点的度数都是偶数
应用：欧拉路径和欧拉回路在计算机科学、数学、物理等领域有广泛应用，如电路设计、网络 拓扑、图论算法等
哈密顿路径和哈密顿回路
应用
生物技术：图 论在生物工程、 生物制造和生 物能源等领域
的应用
图论的发展趋势和未来展望
应用领域：图 论在计算机科 学、物理学、 生物学等领域 的应用越来越
广泛
研究方向：图 论在算法设计、 网络优化、数 据挖掘等领域 的研究不断深
入
技术发展：图 论与机器学习、 深度学习等技 术的结合越来
图论——精选推荐
图论问题一． 基本概念1．图的定义：由若干个不同的顶点与连接其中某些顶点的边所组成的图形叫做图。
用G 表示图，用V 表示所有顶点的集合，E 表示所有边的集合，并且记作G=（V ，E ）． 2．同构图：如果两个图G 与G '‘的顶点之间可以建立起一一对应，并且当且仅当G 的顶点v i 与v j 之间有k 条边相连时，G ’的相应顶点j i v v ''与之间也有k 条边相连，就认为G 与G '是相同的，称G 与G '是同构的图． 2．子图：如果对图G E E ,V V )E ,V (G )E ,V (G '⊆'⊆'''='=，则称有与是G 的子图． 3．其它有关概念：（1）若在一个图G 中的两个顶点j i v v 与之间有边e 相连，则称点j i v v 与是相邻的，否则就称j i v v 与是不相邻的．（2）如果顶点v 是边e 的一个端点，称点v 与边e 是相邻的．（3）如果顶点本身也有边相连，这样的边称为环．如果连接两个顶点的边可能不止一条，若两个顶点之间有k )2k (≥条边相连，则称这些边为平行边．（4）如果一个图没有环，并且没有平行边，这样的图称为简单图．竞赛中的图论问题涉及到的图一般都是简单图．（5）如果一个简单图中，每两个顶点之间都有一条边，这样的图称为完全图，通常将有n 个顶点的完全图记为n K ．（6）在图G=(V ,E)中，顶点个数|V|和边数|E|都是有限的，则称图G 是有限图；如果|V|或|E|是无限的，则称G 为无限图．1v 2v 4v 3v 1v '2v 3'4v '1v ''2v ''3v ''4v ''1G 2G 3G二．例题精选1．设S 为平面上的一个有限点集（含点数不少于5），若其中若干个点涂红色，其余点涂上兰色，又设任何三个同色点不共线，求证：存在一个同色三角形，且它至少有一条边不含另一种颜色． 证明：无穷递降法2．若平面上有997个点，如果两点连成一条线段，且中点涂成红色，证明：平面上至少有1991个红点，试找到正好是1991个红点的特例．证明：设997个点中M 、N 之间的距离最大，以M 、N 为圆心，2MN为半径作圆，如图，设P 为其它995 个点中的任意一个点，则PM 、 PN 的中点R 、Q 都在圆M 、 N 内，且这些点个不相同，所以至少有995×2+1=1991个点．特例：在x 轴上横坐标依次为1，2，3，．．．，997的997个点，满足题设条件．3．正六边形被分为24个全等的三角形，在图中的19个结点处写上不同的数，证明：在24个三角形中，至少有7个三角形，其顶点处的三个数是按逆时针方向递增顺序书写的．证明：（１）正六边形的12（2）一个逆三角形有2条逆边，一个顺三角形有1条逆边；（3）除掉正六边形的边，图中有（24×3-12）÷2=30条边，没条边恰好是一个三角形的一条逆向边．综上，设24个三角形中有m 个逆三角形，n 个顺三角形，则有731224≥⇒⎪⎩⎪⎨⎧≥+=+m n m n m ，得证． RRRBBBMNPR QE 逆三角形顺三角形1231234．在正n 边形中，要求其每条边及每条对角线都染上任一种颜色，使得这些线段中任意两条有公共点的染不同颜色，为此，至少需要多少种颜色？的n 需要n 种颜色．当n=3 当n>3时，作正n 设MN 是另外一条边或对角线，若MN//BC ，则将MN 染成与BC 同色；若BC MN //，过A 引直线直线m//MN ，交圆于K ，则弧KN=弧AM ，所以K 也是正n 边形的顶点，即AK 是由A 出发的边或对角线，将MN 染成与AK 同色，所以n 种颜色足够了．5．某次大型活动有2003人参加，已知他们每个人都至少和其中的一个人握过手，证明：必有一个人至少和其中的两个人握过手． 证明：从5个点开始考虑奇数个点即可． 如图6．现有九个人，已知任意三人中总有两个人互相认识，证明：必有四人互相之间都认识． 证明：9个顶点的简单图，利用抽屉原理7．有n 名选手n 21A ,,A ,A 参加数学竞赛，其中有些选手是互相认识的，而且任何两个不相识的选手都恰好有两个共同的熟人，若已知选手21AA 与是互相认识，但他们没有共同的熟人，证明他们的熟人一样多．M NEP Q∙R∙1A 2A 3A 4A 5A KMNA1A 2A )(2A n )(1A n iA jA 1A 2A )(2A n )(1A n iA jA 'jA 'i A证明：的熟人一一对应与21A A8．有n （n>3）个人，他们之间有些人互相认识，有些人互相不认识，而且至少有一个人没有与其他人都认识，问与其他人都认识的人数的最大值是多少？解：作图G ：用n 个点表示这n 个人，当两人认识，则在两相应顶点之间连一线，否则之间不连线．由于至少有一个人与其他人不认识，所以图G 中至少有两点之间没连线，设21A A 与之间没连线，则图G 的边数最多时，G 为21A A K n -，故最大值为n-2．9．次会议有n 名教授n 21A ,A ,A 参加，证明可以将这n 个人分为两组，使得每一个人A i 在另一组中认识的人数不少于他在同一组中认识的人数．证明：用n 个点n A A A ,,,21 表示这n 名教授，并在相互认识的人之间连一条边，且将同一组间的连线染成红色，不同组之间的线染成蓝色．将这n 个点任意分成两组，只有有限种分法．考虑在两组之间的蓝线条数S ，其中必存在一种分法，使S 达到最大值，此时有i A 在两组内引出的边的条数分别为),,2,1,(,n i l l l l i i i i ='≥'，否则，若对i A 有'<i i l l ，将i A 调到另一组，S 增加了i i l l -'条，矛盾，得证．10．有三所中学，每所有学生n 名，每名学生都认识其他两所中学的n+1名学生，证明：从每所中学可以选出一名学生，使选出来的3名学生互相认识．证：用3n 个顶点表示这些学生，三所中学的学生组成的三个顶点集合分别记为A 、B 、C ，设M 和N 是两所不同学校的学生，而且是互相认识的，则在M 与N 之间连一线，得一个简单图．记A 中的元素x 在B 、C 中的相邻元素个数为k 和l ，则k+l =n+1．设k 与l 中大的记作m(x)，让x 跑遍A ，m(x)的最大值记作A m ，同理记C B m m ,分别为集合B 、C 中的所有元素在另两个集合中相邻元素个数的最大值．记m 是A m ，C B m m ,中最大者，不妨设m=A m ，且的顶点相邻的顶点集和中和使得100,B x B A x ∈数为m ，于是C 中与000,11x C z m n x 与设相邻的顶点数为∈≥-+相邻．如果有中中的一个三角形．若是相邻，则与1000010B G z y x z B y ∆∈每一个y 与中相邻与．因此，相邻的顶点数与都不相邻，则A z m n z B z 000-≤的顶点数1)(1+=--+≥m m n n 与m 的最大性矛盾，得证．三．巩固练习1．有n 个药箱，每个药箱里有一种相同的药，每种药恰好在两个药箱里出现，问有多少种药？)1(21-n n 2．18个队进行比赛，每一轮中每一个队与另一个队比赛一场，并且在其他轮比赛中这两个已赛过的队彼此不再比赛，现在比赛已进行完8轮，证明一定有三个队在前8轮比赛中，彼此之间尚未比赛过．3．某次会议有n 名代表出席，已知任意的四名代表中都有一个人与其余的三个人握过手，证明任意的四名代表中必有一个人与其余的n-1名代表都握过手．4．空间１８个点，任三点不共线，它们的两两连线染上红色或兰色，每条线段仅染一色．试证明其中一定存在一个同色的完全四边形．图论问题（二）用图论解决问题躲基本思路：把要考察的对象作为顶点，把对象之间是否具有我们所关注的某种关系作为顶点连边地条件．这样，就可以把一个具体问题化归成图论问题，用图论的理论和方法进行探讨，即使在图论中没有现成定理直接给出问题的解答，也可以（1）借助图论的分析方法拓宽解题思路；（2）把抽象的问题化为直观问题；（3）把复杂的逻辑关系问题化为简明的数量分析问题。