离散数学图论作业5哈密顿图
应用离散数学图论欧拉图与哈密尔顿图题库试卷习题及答案
§5.5 欧拉图与哈密尔顿图习题5.51．判断图5.31中哪些图是欧拉图那些图不是。
对不是欧拉图的至少要加多少条新边才能成为欧拉图？对是欧拉图的，用Fleury算法求出欧拉回路。
图5.31 习题1的图解：（a）是欧拉图。
如下图为顶点号和边的标记，则欧拉回路为（e1,e2,e6,e10,e12,e11,e7,e8,e9,e5,e4,e3）e645e106 e117 e12 8。
（b）不是欧拉图。
需要加4条新边才能成欧拉回路。
（c）是欧拉图。
如下图为顶点号和边的标记，则欧拉回路为（1，2，3，4，5，6，1，8，7，10，11，7，9，1）236 5 4（d）不是欧拉图。
需要加2条新边才能成欧拉回路。
2．画一个欧拉图，使它具有：（1）偶数个顶点，偶数条边。
（2）奇数个顶点，奇数条边。
（3）偶数个顶点，奇数条边。
（4）奇数个顶点，偶数条边。
解 四个图按顺序分别如下：3．在k （k ≥2）个长度大于或等于3的无公共点的环型图之间至少加多少条边才能使它们组成一个简单欧拉图。
解：环形图中每个点的度是2,要形成欧拉回路，就要使新图是一个连通图，并且每个点的度仍保度偶数，因此，要让新图是欧拉图，则至少要加k 条边。
4．证明：可以从连通图中任意一点出发，经过这个图中每条边恰好两次，回到出发点。
解 将每条边都增加一条平行边，则得到一个多重图，此多重图的每个顶点的度数都是偶数，所以存在欧拉闭迹。
在欧拉闭迹中，将经过平行边改成第二次经过原来的边，定理即得证。
5．完全图p K 是欧拉图吗？是哈密尔顿图吗？完全二部图n m K ,是欧拉图吗？是哈密尔顿图吗？解 （1）K p ⎩⎨⎧不是欧拉图是欧拉图 为偶数时当为奇数时当p p K p （p ≥3）为哈密尔顿图（（v 1，v 2，v 3，……，v p ）即是一个哈密尔顿回路）。
（2）因为K m,n 中顶点的度数要么为m ，要么为n ，所以K m,n ⎩⎨⎧不是欧拉图是欧拉图 为奇数时或当为偶数时和当n m n m因为K m,n 的顶点数为m+n ，而任意两点的度数之和为2m 或2n 或m+n 。
离散数学-图论-哈密顿图及其应用
离散数学-图论-哈密顿图及其应⽤哈密顿图⼀、定义概念1.哈密顿通路设G=<V,E>为⼀图（⽆向图或有向图）.G中经过每个顶点⼀次且仅⼀次的通路称作哈密顿通路2.哈密顿回路G中经过每个顶点⼀次且仅⼀次的回路（通路基础上+回到起始点）称作哈密顿回路3.哈密顿图若G中存在哈密顿回路，则称它是哈密顿图4.定义详解：（1）存在哈密顿通路（回路）的图⼀定是连通图；（2）哈密顿通路是初级通路，哈密顿回路是初级回路；（3）若G中存在哈密顿回路，则它⼀定存在哈密顿通路，反之不真（看课本的话，是必要条件，⽽不是充分条件，故不可反推！）（4）只有哈密顿通路，⽆哈密顿回路的图不叫哈密顿图；即，哈密顿图是回路⼆、判定定理注意：⽬前还没有找到哈密顿图的简单的充要条件（1）设⽆向图G=<V,E>为哈密顿图，V1是V的任意真⼦集，则（注：n阶xx图指的是n个顶点，不要迷！）p(G-V1)<=|V1|其中，p(G-V1)为G中删除V1后的所得图的连通分⽀数⽬，|V1|为V1集合中包含的顶点个数。
【哈密顿图存在的必要条件】推论：有割点的图⼀定不是哈密顿图设v是图中的割点，则p(G-v)>=2,由上述定理知G不是哈密顿图（2）设G是n(n>=3)阶⽆向简单图，若对于G中的每⼀对不相邻的顶点u,v,均有d(u)+d(v)>=n-1则G中存在哈密顿通路。
⼜若d(u)+d(v)>=n则G中存在哈密顿回路，即G为哈密顿图。
【哈密顿图存在的充分条件，不是必要条件】其中d(u),d(v)分别代表顶点u,v的度数。
推论：设G是n(n>=3)阶⽆向简单图，若G的最⼩度>=n/2,则G是哈密顿图。
由推论知，对于完全图Kn,当n>=3时，是哈密顿图，完全⼆部图Kr,s当r==s>=2时是哈密顿图。
（3）在n(n>=2)阶有向图D=<V,E>中，如果略去所有有向边的⽅向，所得⽆向图中含⽣成⼦图Kn,则D中存在哈密顿通路。
离散数学结构第十五章欧拉图与哈密顿图
第十五章欧拉图与哈密顿图15」欧拉图—、欧拉通路、欧拉回路、欧拉图、半欧拉图的定义務定义15・1通过图（无向图或有向图）中所有边一次jl仅一次行遍图中所有顶点的通路称为欧拉通路，通过图中所有边一次并且仅一次行遍所有顶点的回路称为欧拉回路。
具有欧拉回路的图称为欧拉图，具有欧拉通路而无欧拉回路的图称为半欧拉图。
从定义不难看出，欧拉通路是图中经过所有边的简单的生成通路（经过所有顶点的通路称为生成通路），类似地，欧拉回路是经过所有边的简单的生成回路。
在这里做个规定，即平凡图是欧拉图。
(1) ⑵图15.1在图15」所示各图中QiSSgs为（1冲的欧拉回路所以（1禺为欧拉图oCiGSGb 为（2）中的一条欧拉通路，但图中不存在欧拉回路（为什么？），所以（2 ）为半欧拉图。
（3 ）中既没有欧拉回路，也没有欧拉通路（为什么？），所以（3 ）不是欧拉图，也不是半欧拉图。
CI6C3C4为（4）图中的欧拉回路，所以（4）图为欧拉图。
（5 ） , （ 6 ）图中都既没有欧拉回路，也没有欧拉通路（为什么？）二、判别定理拓定理15・1无向图G是欧拉图当11仅当G是连通图，11 G中没有奇度顶点。
证若G是平凡图，结论显然成立，下面设G为非平凡图，设G是m条边的n阶无向图。
并设G的顶点集V ={v h v2,...,v n}.必要性。
因为G为欧拉图，所以G中存在欧拉回路，设C为G中任意一条欧拉回路，VVi,VjeV , v 都在C上，因而Vi,Vj连通，所以G为连通图。
又V Vi eV，"在C 上每出现一次获得2度，若岀现k次就获得2k度，即d(Vi)二2k ,所以G中无奇度顶点。
充分性，由于G为非平凡的连通图可知，G中边数m21.对m作归纳法。
(1) m=l时，由G的连通性及无奇度顶点可知，G只能是一个环，因而G为欧拉图。
(2) 设mwk(k21)时结论成立，要证明m二K+1时，结论也成立。
由G的连通性及无奇度顶点可知，&(G)、2•类似于例14.8 ,用扩大路径法可以证明G中存在长度大于或等于3的置，设C为G中一个圏，删除C上的全部边，得G的生成子图G,设G有s个连通分支G I,G‘2,...,G；,每个连通分支至多有k条边，且无奇度顶点，并且设G i与C*的公共顶点为, i=l,2，…,S ,由归纳假设可知，G I,G‘2，…,G；都是欧拉图,因而都存在欧拉回路Cl , i=l,2，…,s.最后将C还原(即将删除的边重新加上)，并从C上的某顶*点*开始行遍,每遇到% ,就行遍G'i中的欧拉回路Cl , i二1,2,…,s ,最后回到v r,得回路V「... ... ... "... "... b ... b ...Vr，此回路经过G中每条边一次且仅一次并行遍G中所有顶点，因而它是G中的欧拉回路(演示这条欧拉回路)，故G为欧拉图。
离散数学图论作业5-哈密顿图
离散数学图论作业5-哈密顿图
Problem1
下方所示各图是否拥有哈密顿通路？若有哈密顿通路，则求出这样一条通路。
若没有哈密顿通路，则论证为什么这样的通路不存在。
(1)(2)(3)
Problem2
对哪些m和n值来说，完全二部图K m,n具有哈密顿回路？
Problem3
证明：每当n是正整数时，就存在n阶格雷码，或者等价地证明：n>1的n维立方体(n-cube)Q，总是具有哈密顿回路。
[提示：用数学归纳法，证明如何从n−1阶格雷码产生n阶格雷码。
]
证明：下图所示的彼得森图没有哈密顿回路，但删除任意顶点v和所有与v关联的边，所获得的子图都有哈密顿回路。
Problem5
若简单图G满足V(G)≥3且δ(G)≥V(G)−1
，证明或反驳：
2
a)G一定存在哈密顿回路。
b)G一定存在哈密顿通路。
Problem6
底图是完全图的有向图称为竞赛图，试证明：
a)竞赛图一定含有哈密顿通路。
b)竞赛图含有哈密顿回路的充分必要条件是强连通。
Problem7
考虑在15天安排15门课程的考试（每天考1门课），使得同一位老师所任的任意两门课程考试不排在接连的两天中，试证明如果没有老师担任多于8门课程，则符合上述要求的考试安排总是可能的。
考虑M×N的网格，以其中的方格作为点集，任意两个点之间有边当且仅当对应的两个方格相邻，构成图G。
a)当N是偶数且M>1时，给出一种哈密顿回路的构造方法。
b)当N和M都是大于1的奇数时，证明此时G没有哈密顿回路。
哈密顿图
procedure dfs(i:integer); Begin var j,k:integer; init; begin fillchar(visited,sizeof(visited),0); if (n=m)and(a[b[1],b[m]]=1) then print; found:=0; for j:=1 to n do m:=1; if (a[i,j]=1) and (visited[j]=0) then b[1]:=1; begin visited[1]:=1; visited[j]:=1; dfs(1); m:=m+1; if found=0 then writeln('no road'); b[m]:=j; end. dfs(j); visited[j]:=0; m:=m-1; end; end;
2 、安排座位
个客人围着一个桌子吃饭，每一个人都至少认识其他的2个客人。 n 个客人围着一个桌子吃饭 ， 每一个人都至少认识其他的 2 个客人 。 请设计程 序求得n个人的一种坐法，使得每个人都认识他左右的客人。 序求得n个人的一种坐法，使得每个人都认识他左右的客人。 输入: 输入: 第一行:n（吃饭人的个数）。 第一行:n（吃饭人的个数）。 :n 以下n 以下n行：第i行的第一个数k表示第i个人认识的人数，后面k个数依次为i认识的 行的第一个数k表示第i个人认识的人数，后面k个数依次为i 人的编号。 人的编号。 输出：所有座法，要求第一个人为1号作为起点，按顺时针输出其它人的编号。 输出：所有座法，要求第一个人为1号作为起点，按顺时针输出其它人的编号。
Begin init; found:=0; for i:= 1 to n do begin fillchar(visited,sizeof(visited),0); m:=1; b[1]:=i; visited[i]:=1; dfs(i); end; if found=0 then writeln('no road'); end.
离散数学--第十五章 欧拉图和哈密顿图
实例
在上图中， (1),(2) 是哈密顿图; (3)是半哈密顿图; (4)既不是哈密顿图，也不是半哈密顿图，为什么？
14
无向哈密顿图的一个必要条件
定理15.6 设无向图G=<V,E>是哈密顿图，对于任意V1V且 V1，均有 p(GV1) |V1|
证 设C为G中一条哈密顿回路。
当V1顶点在C上均不相邻时， p(CV1)达到最大值|V1|，
求图中1所示带权图k29主要内容欧拉通路欧拉回路欧拉图半欧拉图及其判别法哈密顿通路哈密顿回路哈密顿图半哈密顿图带权图货郎担问题基本要求深刻理解欧拉图半欧拉图的定义及判别定理深刻理解哈密顿图半哈密顿图的定义
第十五章 欧拉图与哈密顿图
主要内容
➢ 欧拉图 ➢ 哈密顿图 ➢ 带权图与货郎担问题
1
15.1 欧拉图
大时，计算量惊人地大
27
例6 求图中(1) 所示带权图K4中最短哈密顿回路.
(1)
(2)
解 C1= a b c d a,
W(C1)=10
C2= a b d c a,
W(C2)=11
C3= a c b d a,
W(C3)=9
可见C3
(见图中(2))
是最短的，其权为9. 28
第十五章 习题课
主要内容 欧拉通路、欧拉回路、欧拉图、半欧拉图及其判别法 哈密顿通路、哈密顿回路、哈密顿图、半哈密顿图 带权图、货郎担问题
点.
由vi 的任意性，结论为真. 充分性 对边数m做归纳法（第二数学归纳法）. (1) m=1时，G为一个环，则G为欧拉图. (2) 设mk（k1）时结论为真，m=k+1时如下证明：
5
从以上证明不难看出：欧拉图是若干个边不重的圈之 并，见示意图3.
哈密顿图
定义4.3.1 经过图G 的每个顶点恰一次的路称为G 的Hamilton 路，简称为H 路。
经过图G 的每个顶点恰一次的圈称为G 的Hamilton 圈，简称为H 圈。
具有Hamilton 圈的图称为Hamilton 图，简称为H 图。
Hamilton 图的研究起源于一种十二面体上的游戏。
1857 年，爱尔兰著名数学家William Rowan Hamilton 爵士（他也是第一个给出复数的代数描述的人）制作了一种玩具，它是一个木制的正十二面体，在正十二面体的每个顶点上有一个木栓，并标有世界著名城市的名字。
游戏者用一条细线从一个顶点出发，设法沿着十二面体的棱找出一条路，通过每个城市恰好一次，最后回到出发点。
这个游戏当时称为Icosian 游戏，也称为周游世界游戏。
将正十二面体从一个面剖开并铺展到平面上得到的图形如下图所示，称为十二面体图。
周游世界游戏用图论术语来说就是判断十二面体图是否Hamilton 图，并设法找出其Hamilton 圈。
其中一条Hamilton 圈如图中粗边所示。
十二面体图是H 图判断一个图是否Hamilton 图与判断一个图是否Euler 图似乎很相似，然而二者却有本质的不同。
目前为止尚没有找到判别一个图是否是Hamilton 图的有效充要条件。
这是图论和计算机科学中未解决的重要难题之一。
本节给出一些经典的充分条件和必要条件。
一、必要条件定理4.3.1 设G 是二部图，若G 是H 图，则G 必有偶数个顶点。
证明：设G = (X, Y ) ，由于G 的边全在X 和Y 之间，因此如果G 有Hamilton 圈C，则G的所有顶点全在C 上，且必定是X 的点和Y 的点交替在C 上出现，因此G 必有偶数个顶点。
证毕。
这个定理给出了一个二部图不是Hamilton 图的简单判断条件：如果一个二部图有奇数个顶点，则它必定不是Hamilton 图。
例如，下列Herschel 图是二部图，但有奇数个顶点，故不是H 图。
图论05-哈密尔顿图
A F
B
A
C
F
B C
E
D
E
D
竞赛图
底图为K4的竞赛图： A
B
C
以上每个图可以看作4个选手参加的循环赛的一种结果
竞赛图与有向哈密尔顿通路
底图是完全图的有向图称为竞赛图。 利用归纳法可以证明竞赛图含有向哈密尔顿通路。
循环赛该如何排名次
A F
E
B
按照在一条有向Hamilton通路 (一定存在)上的顺序排名：
Ore定理的证明
Ore定理（1960） 设G是无向简单图，|G|=n3，若
对G中任意不相邻的顶点u和v, d(u)+d(v)n （*）
则G有哈密尔顿回图。
证明.反证法, 若存在满足（*）的图G，但是G没有Hamilton回 路. 不妨假设G是边极大的非Hamilton图，且满足（*）。若G不是 边极大的非Hamilton图，则可以不断地向G增加若干条边,把G 变成边极大的非Hamilton图G’，G’依然满足（*），因为对 vV(G), dG(v)dG’(v)。
设G是无向简单图, |G|=n2, 若G中任意不相邻的顶点对
u,v均满足：d(u)+d(v)n-1，则G是连通图。
假设G不连通，则至少含2个连通分支，设为G1, G2。取xVG1, yVG2, 则：d(x)+d(y)(n1-1)+(n2-1)n-2 (其中ni是Gi的顶பைடு நூலகம்个数)， 矛盾。
有限图G是Hamilton图充分必要其闭合图C(G)是 Hamilton图.
闭合图(举例)
a
b
f
c e
d
判定定理的盲区
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失散数学图论作业5 - 哈密顿图
Problem 1
下方所示各图能否拥有哈密顿通路？如有哈密顿通路，则求出这样一条通路。
若没有哈密顿通路，则论证为什
么这样的通路不存在。
(1)(2)(3)
Problem 2
对哪些 m 和 n 值来说，完整二部图K m,n拥有哈密顿回路？
Problem 3
证明：每当n 是正整数时，就存在n 阶格雷码，或许等价地证明：n > 1 的 n 维立方体(n-cube) Q，老是拥有哈密顿回路。
[提示：用数学概括法，证明怎样从n - 1 阶格雷码产生n 阶格雷码。
]
证明：下列图所示的彼得森图没有哈密顿回路，但删除随意极点v 和全部与v 关系的边，所获取的子图都有哈密顿回路。
Problem 5
若简单图 G 知足 V (G )≥ 3 且δ(G )≥V ( G) - 1
，证明或辩驳：2
a)G 必定存在哈密顿回路。
b)G 必定存在哈密顿通路。
Problem 6
底图是完整图的有向图称为比赛图，试证明：
a)比赛图必定含有哈密顿通路。
b)比赛图含有哈密顿回路的充分必需条件是强连通。
Problem 7
考虑在 15 天安排 15 门课程的考试（每日考 1 门课），使得同一位老师所任的随意两门课程考试不排在接连的两天中，试证明假如没有老师担当多于8 门课程，则切合上述要求的考试安排老是可能的。
考虑 M × N 的网格，以此中的方格作为点集，随意两个点之间有边当且仅当对应的两个方格相邻，组成图G。
a)当 N 是偶数且 M > 1 时，给出一种哈密顿回路的结构方法。
b) 当 N 和 M 都是大于 1 的奇数时，证明此时G 没有哈密顿回路。