图论课件--特殊平面图与平面图的对偶图35页PPT
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图论平面图
AD
f4
B D f2 DC
f1 F D
f3
DD
f1 : 边界:ABCDFDA f2 : 边界:ABCA f3 : 边界:ACDA f4 : 边界:ADA
deg(f1)=6 deg(f2)=3
deg(f3)=3 deg(f4)=2
欧拉公式
定理4.2 G是个连通的平面图, 设n、m、r分别表示G中
结点数、边数、面数, 则有 n-m+r=2. 称此式为欧拉公式.
的 extJ ，使得同一
类中的任意一对点能用 一条不与 J 相交的曲线 相连，而连接一对属于 不同类点的任意曲线必 须与 J 相交。
Jordan曲线定理: Jordan曲线把平面分为2部分， 连接内部与外部点的任意曲线必然与Jordan曲线 相交.
¾ 说明： 该定理看似无可置疑的明显结论。 该定理是 C.Jordan（1838－1933）首先提出， 并给出了（长而复杂又有缺陷）的证明，但后来 发现Jordan的证明有缺陷。 第一个严格的证明相当复杂，对于训练有素的数 学家来说，也是很难理解的。 对于多边形的Jordan曲线，证明是简单的。
u1
上的一条Jordan曲线，
C
设 v3 ∈ int C ,于是 (u1, v3), (u2, v3) 连同C将
v1
v2
u2 (2)
平面分成三个两两不
相交的的区域，而 u3 应落入这三个区域中的
某一个区域，不妨假设 u3 ∈ extC ，则由定理
知 (u3,v3)必须与C相交，故 K3,3 是非可平面图。
说明： 一个可平面图与其平面嵌入图拓扑同构， 因此我们将一个可平面图的平面嵌入也称为平面 图。
例如右图.就是
v1 D
《图论》第5章 平面图
5
第五页，编辑于星期六：八点 分。
5.1 平面图及其性质
[例] K3,3 可嵌入 Mőbius 带面。
6
第六页，编辑于星期六：八点 分。
5.1 平面图及其性质
[定理5-1-2] 一个图可嵌入平面当且仅当它可嵌入球面。
[证明] 通过连续球极投影建立图的平面嵌入与球面嵌入的一一 对应关系。
7
第七页，编辑于星期六：八点 分。
[推论] 设简单平面图G的连通分支数为 k，且有 n 个顶点，m 条边，d 个域，各个域的度至少是 l，则有
m (nk 1)l l 2
[证明] 由欧拉公式： nm+d =k+1 得 d = k+1+mn
由[定理5-1-1]：2mld = l (k+1+mn)= (k+1n)l +ml
联立得不等式： (l2)m (n k1)l 又G是简单图， l >2，结论形式可以得到证明。
m (n 2)l l2
[证明]
由欧拉公式： nm+d =2 得 d =2+mn
由[定理5-1-1]：2mld = l (2+mn)= (2n)l +ml
联立得不等式： (l2)m (n2)l
又G是简单图， l >2，结论形式可以得到证明。
12
第十二页，编辑于星期六：八点 分。
5.1 平面图及其性质
[例] K3,3
18
第十八页，编辑于星期六：八点 分。
5.1 平面图及其性质
[定理5-1-9] K5 和 K3,3 是不可平面的。
K5
K3,3
[证明] 反证法。设 K5 是可平面的。将 n=5，m=10，l=3 代 入[定理5-1-5]公式，得 109，矛盾。同理设K3,3 是可 平面的。将 n=6，m=9，l=4代入[定理5-1-5]公式，得
第五页，编辑于星期六：八点 分。
5.1 平面图及其性质
[例] K3,3 可嵌入 Mőbius 带面。
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第六页，编辑于星期六：八点 分。
5.1 平面图及其性质
[定理5-1-2] 一个图可嵌入平面当且仅当它可嵌入球面。
[证明] 通过连续球极投影建立图的平面嵌入与球面嵌入的一一 对应关系。
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第七页，编辑于星期六：八点 分。
[推论] 设简单平面图G的连通分支数为 k，且有 n 个顶点，m 条边，d 个域，各个域的度至少是 l，则有
m (nk 1)l l 2
[证明] 由欧拉公式： nm+d =k+1 得 d = k+1+mn
由[定理5-1-1]：2mld = l (k+1+mn)= (k+1n)l +ml
联立得不等式： (l2)m (n k1)l 又G是简单图， l >2，结论形式可以得到证明。
m (n 2)l l2
[证明]
由欧拉公式： nm+d =2 得 d =2+mn
由[定理5-1-1]：2mld = l (2+mn)= (2n)l +ml
联立得不等式： (l2)m (n2)l
又G是简单图， l >2，结论形式可以得到证明。
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第十二页，编辑于星期六：八点 分。
5.1 平面图及其性质
[例] K3,3
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第十八页，编辑于星期六：八点 分。
5.1 平面图及其性质
[定理5-1-9] K5 和 K3,3 是不可平面的。
K5
K3,3
[证明] 反证法。设 K5 是可平面的。将 n=5，m=10，l=3 代 入[定理5-1-5]公式，得 109，矛盾。同理设K3,3 是可 平面的。将 n=6，m=9，l=4代入[定理5-1-5]公式，得
图论课件-PPT课件
学习方法
目的明确
态度端正 理论和实践相结合
充分利用资源
逐步实现从知识到能力到素质的深化和
升华
课程考核
平时成绩 （30%-40%）
闭卷考试 （60%-70%）
图论模型
为了抽象和简化现实世界，常建立数学模型。图是关 系的数学表示，为了深刻理解事物之间的联系，图 是常用的数学模型。 (1) 化学中的图论模型 19世纪，化学家凯莱用图论研究简单烃——即碳氢 化合物 用点抽象分子式中的碳原子和氢原子，用边抽象原子间 的化学键。
E={w1r1, w1r2, w2r2, w2r3, w2r4, w3r3, w3r5}代表每个仓库和每个 零售店间的关联。则图模型图形为： w1 w2 w3
r1
r2
r3
r4
r5
29
(3) 最短航线问题 用点表示城市，两点连线当且仅当两城市有航线。为了 求出两城市间最短航线，需要在线的旁边注明距离值。 例如：令V={a, b, c, d, e}代表5个城市} E={a b, ad, b c , be, de}代表城市间的直达航线 则航线图的图形为： a 320 500 d 370 b 140 430 e c
图论学科简介 （2）
19世纪末期，图论应用于电网络方程组
和有机化学中的分子结构 20世纪中叶，由于计算机的发展，图论 用来求解生产管理、军事、交通运输、 计算机和网络通信等领域中的离散性问 题 物理学、化学、运筹学、计算机科学、 电子学、信息论、控制论、网络理论、 社会科学、管理科学等领域应用
七桥问题
近代图论的历史可追溯到18世纪的七桥问题:
穿过Kö nigsberg城的七座桥，要求每座桥通过 一次且仅通过一次。
第六章 平面图1 图论及其应用课件
外可平面图
外平面图1
外平面图2
10
1
0 .5 n 0
0 .5
1 2 1 .5 t1 0 .5 00
1 0 .8
0 .6 0.4 x 0 .2
注：对外可平面图G来说，一定存在一种外平面嵌入， 使得G的顶点均在外部面的边界上。这由球极投影法可 以说明。
下面研究极大外平面图的性质。
定义3 设G是一个简单外可平面图，若在G中任意不邻 接顶点间添上一条边后，G成为非外可平面图，则称G是 极大外可平面图。极大外可平面图的外平面嵌入，称为极 大外平面图。
1
0 .5 n 0
0 .5
1 2 1 .5 t1 0 .5 00
1 0 .8
0 .6 0.4 x 0 .2
图论及其应用
任课教师：杨春 Email: yc517922@
应用数学学院
1
1
0 .5 n 0
0 .5
1 2 1 .5 t1 0 .5 00
1 0 .8
0 .6 0.4 x 0 .2
定义1 设G是简单可平面图，如果G是Ki (1≦i≦4),或 者在G的任意非邻接顶点间添加一条边后，得到的图均是
非可平面图，则称G是极大可平面图。
极大可平面图的平面嵌入称为极大平面图。
3
1
0 .5 n 0
0 .5
1 2 1 .5 t1 0 .5 00
1 0 .8
0 .6 0.4 x 0 .2
1
注：该定理可以简单记为是“极大平面图的三角形特 征”，即每个面的边界是三角形。
证明：“必要性”
由引理知，G是单图、G无割边且G的每个面的次数 至少是3。
假设G中某个面f的次数大于等于4。记f的边界是 v1v2v3v4…vk。如下图所示。
图论课件第六章平面图
A6
A2
A5
A3
A4
7
第7页，本讲稿共35页
例子3：3间房子和3种设施问题
问题：要求把3种公用设施(煤气，水和电)分别用煤气管 道、水管和电线连接到3间房子里，要求任何一根线或管道 不与另外的线或管道相交，能否办到？
上面问题可以模型为如下偶图：
G
W
E
H1
H2
H3
问题转化为，能否把上面偶图画在平面上，使得边与边 之间不会交叉？
1、平面图的次数公式
12
第12页，本讲稿共35页
定理1 设G=(n, m)是平面图，则：
deg(f )2m
f
证明：对G的任意一条边e, 如果e是某面割边，那么由面 的次数定义，该边给G的总次数贡献2次；如果e不是割边， 那么，它必然是两个面的公共边，因此，由面的次数定义 ，它也给总次数贡献2次。于是有：
19
第19页，本讲稿共35页
所以， l (n2)4(62)8
l2
2
而m=9，这样有：
m l (n 2) l 2
所以，由推论2，K3,3是非平面图。
推论3 设G是具有n个点m条边ф个面的简单平面图， 则：
m3n6
20
第20页，本讲稿共35页
证明：情形1，G连通。 因为G是简单图，所以每个面的次数至少为3，即l=3 。于是，由推论2得：
如果把每个景点分别模型为一个点，景点间连线，当且 仅当两景点间要铺设空调管道。那么，上面问题直接对应 的图为：
A1
A6
A2
A5 A3
A4
于是，问题转化为：能否把上图画在平面上，使得边不 会相互交叉？
6
第6页，本讲稿共35页
通过尝试，可以把上图画为：
图论的介绍ppt课件
chedules
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
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
图论讲义第7章-平面图
第七章 平面图§7.1 平面图的概念定义7.1.1 如果图G 能画在曲面S 上，使得任意两边互不交叉，则称G 可嵌入曲面S 。
若图G 可嵌入平面，则称G 是可平面图或平面图，画出的无交叉边的图形称为图G 的平面嵌入。
例如，下面是三个平面图及其平面嵌入。
根据定义，下列定理是显然的。
定理7.1.1 若图G 是平面图，则G 的任何子图都是平面图。
定理7.1.2 若图G 是非平面图，则G 的任何母图都是非平面图。
定理7.1.3 若图G 是平面图, 则在G 中添加重边或环边后所得之图仍是平面图。
注：由以上定理知(1) K n ( n ≤4 ) 和 K 1,n (n ≥ 1)及其所有子图都是平面图。
(2) 环边和重边不影响图的平面性。
故以下讨论平面性时总假定图G 是简单图。
定义7.1.2 设图G 是平面图 (已平面嵌入)，G 的边将平面划分出的若干区域都称为图G 的面。
其中面积无限的面称为无限面或外部面，面积有限的面称为有限面或内部面。
包围一个面的所有边称为该面的边界。
一个面边界上的边数称为该面的次数 (割边按两次计)，面R 的次数记为deg (R )。
定理7.1.4 平面图G 中所有面的次数之和等于G 的边数的两倍，即其中R 1, R 2, … , R r 是G 的所有面。
证明： 对G 的任何一条边e ，若e 是两个面 R i 和 R j 的公共边界，则在计算R i 和 R j 的次数时，e 各提供了1；若e 只是某一个面的边界，则在计算该面的次数时，e 提供了2。
可见每条边在计算总次数时，都提供2。
因而结论成立。
1deg()2().r ii R G ε==∑定义7.1.3设G为简单平面图，若在G的任意不相邻的顶点u, v之间加边uv 后，所得之图成为非平面图，则称G是极大平面图。
易见K1, K2, K3, K4, K5– e 都是极大平面图。
定义7.1.4 若非平面图G任意删除一条边后，所得之图都是平面图，则称G为极小非平面图。
《离散数学课件图论》PPT课件
，m3n6为真. 否则G中含圈，每个面至少由l（l3）条边围成
，又
l 1 2
l 2 l 2
在l=3达到最大值，由定理17.11可知m3n6.
定理17.13 设G为n（n3）阶m条边的极大平面图，则m=3n6. 证明：由定理17.4, 欧拉公式及定理17.7所证。
定理17.14 设G 为简单平面图，则 (G)5. 证明： 阶数 n6，结论为真。 当n7 时，用反证法。否则会 推出2m6n m3n，这与定理17.12矛盾.
如上面的例子。
18
精选PPT
平面图与对偶图之间的关系
定理17.17 设G*是连通平面图G的对偶图，n*, m*, r*和n, m, r分别为G*和G的顶点数、边数和面数，则 (1) n*= r (2) m*=m (3) r*=n (4) 设G*的顶点v*i位于G的面Ri中，则d(v*i)=deg(Ri) 证明： (1)、(2)平凡 (3) 应用欧拉公式 (4) 的证明中注意，桥只能在某个面的边界中，非桥边在两
20
精选PPT
自对偶图
定义：设G*是平面图G的对偶图，若G*G，则称G为自 对偶图. 概念： n阶轮图（ Wn ）、奇阶轮图、偶阶轮图 轮图都是自对偶图。 画出W6和W7的对偶图，并说明它们都是自对偶图。
21
精选PPT
第十七章 小结
❖ 主要内容 ▪ 平面图的基本概念 ▪ 欧拉公式 ▪ 平面图的判断 ▪ 平面图的对偶图
22
精选PPT
练习1
1. 设G是连通的简单的平面图，面数r<12，(G)3. (1) 证明G中存在次数4的面 (2) 举例说明当r=12时，(1) 中结论不真.
解 设G的阶数、边数、面数分别为n, m, r.
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图论课件--特殊平面图与平面图的对偶 图
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左