Gráfelmélet. I. Előadás jegyzet (2010.szeptember 9.) 1.A gráf fogalma

Hasonló dokumentumok
Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 1. estis képzés

Diszkrét matematika 2.

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Gráfelméleti alapfogalmak

Feladatok, amelyek gráfokkal oldhatók meg 1) A königsbergi hidak problémája (Euler-féle probléma) a

Diszkrét matematika 2.C szakirány

1. tétel - Gráfok alapfogalmai

Diszkrét matematika 2.

Diszkrét matematika 2. estis képzés

EGYSZERŰ, NEM IRÁNYÍTOTT (IRÁNYÍTATLAN) GRÁF

Gráfelméleti feladatok. c f

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Gráfelméleti alapfogalmak-1

Gráfelmélet jegyzet 2. előadás

III. Gráfok. 1. Irányítatlan gráfok:

Diszkrét Matematika MSc hallgatók számára 7. Előadás Párosítási tételek Előadó: Hajnal Péter Jegyzetelő: Kovácsházi Anna

ELTE IK Esti képzés tavaszi félév. Tartalom

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 2.

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét matematika 1. estis képzés

22. GRÁFOK ÁBRÁZOLÁSA

1. Gráfmodellek. 1.1 Königsbergi hidak (Euler, 1736)

SzA II. gyakorlat, szeptember 18.

Hadamard-mátrixok Előadó: Hajnal Péter február 23.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

GRÁFELMÉLET. 7. előadás. Javító utak, javító utak keresése, Edmonds-algoritmus

1. előadás: Halmazelmélet, számfogalom, teljes

Halmaz: alapfogalom, bizonyos elemek (matematikai objektumok) Egy halmaz akkor adott, ha minden objektumról eldönthető, hogy

Relációk Függvények. A diákon megjelenő szövegek és képek csak a szerző (Kocsis Imre, DE MFK) engedélyével használhatók fel!

Alapfogalmak II. Def.: Egy gráf összefüggő, ha bármely pontjából bármely pontjába eljuthatunk egy úton.

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

Alapfogalmak a Diszkrét matematika II. tárgyból

Megoldások 7. gyakorlat Síkgráfok, dualitás, gyenge izomorfia, Whitney-tételei

Diszkrét matematika 2 (C) vizsgaanyag, 2012 tavasz

Algoritmuselmélet. Katona Gyula Y. Számítástudományi és Információelméleti Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. 13.

Logika és számításelmélet. 11. előadás

RE 1. Relációk Függvények. A diákon megjelenő szövegek és képek csak a szerző (Kocsis Imre, DE MFK) engedélyével használhatók fel!

Sali Attila Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. I. B. 137/b március 16.

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé.

A valós számok halmaza

Itt és a továbbiakban a számhalmazokra az alábbi jelöléseket használjuk:

Adatszerkezetek 2. Dr. Iványi Péter

Halmazelmélet. 1. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Halmazelmélet p. 1/1

Síkba rajzolható gráfok

I. VEKTOROK, MÁTRIXOK

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé. (Albert Einstein) Halmazok 1

Ramsey-féle problémák

1. Részcsoportok (1) C + R + Q + Z +. (2) C R Q. (3) Q nem részcsoportja C + -nak, mert más a művelet!

Számítógép hálózatok, osztott rendszerek 2009

Diszkrét matematika I. gyakorlat

Gráfok, definíciók. Gráfok ábrázolása. Az adott probléma megoldásához ténylegesen mely műveletek szükségesek. Ábrázolások. Példa:

26. MINIMÁLIS KÖLTSÉGŰ UTAK MINDEN CSÚCSPÁRRA

24. tétel. Kombinatorika. A grá fok.

Gráf csúcsainak színezése. The Four-Color Theorem 4 szín tétel Appel és Haken bebizonyították, hogy minden térkép legfeljebb 4 színnel kiszínezhető.

Diszkrét matematika 2.

Logika es sz am ıt aselm elet I. r esz Logika 1/36

1: Bevezetés: Internet, rétegmodell Alapok: aszimptótika, gráfok. HálózatokII, 2007

Adatbázisok elmélete 12. előadás

Gráfelméleti alapfogalmak

Matematika. Számonkérés. Írásbeli vizsga januárban. 1. konzultáció. Irodalom

Síkbarajzolható gráfok Április 26.

Melykeres(G) for(u in V) {szin(u):=feher Apa(u):=0} for(u in V) {if szin(u)=feher then MBejar(u)}

Bonyolultságelmélet gyakorlat 06 Gráfos visszavezetések II.

Numerikus módszerek 1.

HAMILTON KÖR: minden csúcson PONTOSAN egyszer áthaladó kör. Forrás: (

Gráfok csúcsszínezései

SZÁMÍTÁSTUDOMÁNY ALAPJAI

A továbbiakban Y = {0, 1}, azaz minden szóhoz egy bináris sorozatot rendelünk

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Mátrixok, mátrixműveletek

Diszkrét matematika I.

MBNK12: Permutációk (el adásvázlat, április 11.) Maróti Miklós

Alapfogalmak. Ha a gráf valamely két csúcsát egynél több él köti össze, akkor azt többszörös élnek nevezzük.

HAMILTON ÚT: minden csúcson PONTOSAN egyszer áthaladó út

2. csoport, 8. tétel: Gráfok

Érdemes egy n*n-es táblázatban (sorok-lányok, oszlopok-fiúk) ábrázolni a két színnel, mely éleket húztuk be (pirossal, kékkel)

Műveletek mátrixokkal. Kalkulus. 2018/2019 ősz

Gráfok színezése Diszkrét matematika 2009/10 sz, 9. el adás

Bevezetés a számításelméletbe (MS1 BS)

Melykeres(G) for(u in V) {szin(u):=feher Apa(u):=0} for(u in V) {if szin(u)=feher then MBejar(u)}

Halmazelméleti alapfogalmak

Síkgráfok. 1. Részgráfok, topológikus részgráfok, minorok

1. tétel Halmazok és halmazok számossága. Halmazműveletek és logikai műveletek kapcsolata.

Csima Judit október 24.

Általános algebra. 1. Algebrai struktúra, izomorfizmus. 3. Kongruencia, faktoralgebra március Homomorfizmus, homomorfiatétel

Közösségek keresése nagy gráfokban

Leképezések. Leképezések tulajdonságai. Számosságok.

1. A polinom fogalma. Számolás formális kifejezésekkel. Feladat Oldjuk meg az x2 + x + 1 x + 1. = x egyenletet.

Diszkrét matematika 2.C szakirány

1. Legyen egy háromszög három oldalának a hossza a, b, c. Bizonyítsuk be, hogy Mikor állhat fenn egyenlőség? Kántor Sándorné, Debrecen

Fraktálok. Klasszikus fraktálpéldák I. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék

Melykeres(G) for(u in V) {szin(u):=feher Apa(u):=0} for(u in V) {if szin(u)=feher then MBejar(u)}

Javító és majdnem javító utak

Gráfelméleti feladatok programozóknak

1. Gráfelmélet alapfogalmai

Átírás:

Készítette: Laczik Sándor János Gráfelmélet I. Előadás jegyzet (2010.szeptember 9.) 1.A gráf fogalma Definíció: a G=(V,E) párt egyszerű gráfnak nevezzük, (V elemeit a gráf csúcsainak/pontjainak,e elemeit a gráf éleinek nevezzük) ha az E halmaz V-beli elempárokat tartalmaz ( E ( V 2) ). Példa egyszerű gráfokra: A gráfok lerajzolhatók: a pontokat karikák (írásban általában v 1 v 2, v 3, ), az élek a pontokat összekötő görbék (írásban e 1,e 2,e 3, ) ábrázolják. e={x,y} eleme E estén azt mondjuk,hogy x és y az e él két végpontja, illetve x és y csúcsok szomszédosak. Különböző élek két végpontja különböző kételemű ponthalmazok. Néha szükségünk van egy általánosabb fogalomra: Definíció: a G=(V,E,I) egy gráf, ha V és E két halmaz és I a V x E Descartesszorzat egy részhalmaza feletti reláció és minden e E esetén teljesül, hogy V e ={v eleme V: v e} egy- vagy kételemű halmaz. V e elemeire úgy gondolunk, mint e két végpontjára, amelyek egybe is eshetnek (ekkor lesz V e egyelemű halmaz).

Definició: egy e él hurokél, ha két végpontja megegyezik. Példa hurokélre: Definició: az e és az f él párhuzamos, ha V e = V f (kezdő és végpontjaik megegyeznek). Példa párhuzamos élekre: 2. Gráfok ábrázolásának lehetőségei: 1, Egy kevésbé szemléletes, de a számítógépek számára is érthető módja egy G gráf megadására, ha felsorolom a gráf pontjait és megmondom, hogy mely pontokat köt össze él. Példa: V(G) = {u,v,w} E(G)={uv,wv} másképpen ábrázolva:

Egy változat: felsorolom a csúcsokat és mindegyikre felsorolom a szomszédjait. 2, Egy gráf leírható mátrixok használatával is. a, Illeszkedési mátrix Definíció: A hurokél-nélküli G gráf illeszkedési mátrixa (jele: I G ) olyan mátrix,amelyben az egyes sorok az egyes pontoknak,az oszlopok az egyes éleknek felelnek meg. Tehát annyi sora van, ahány csúcsból áll a gráf és annyi oszlopa, ahány él található a gráfban. Továbbá I G (v,e) = Tehát a v pont és az e él oszlopában található elem 1, ha a v pontra illeszkedik az e él,különben zérus. Mivel egy él két csúcs között értelmezett, könnyen látható hogy az illeszkedési mátrix oszlopaiban két darab 1-es található és a többi elem 0. Példa illeszkedési mátrixra:

b, Szomszédsági mátrix Definíció: A G huroknélküli gráf szomszédsági mátrixa olyan négyzetes mátrix, amelynek sorai és oszlopai azonosítottak a gráf csúcsaival (számuk a gráfban található csúcsok számával egyezik meg) és egy (u,v) elempárhoz tartozó mátrixbeli elem értékét a következőképpen kapjuk: A G (u,v) = A szomszédsági mátrix jele: A G Könnyen belátható, hogy A G szimmetrikus és a főátlóban csupa 0 elem szerepel (ez utóbbi állítás nem lesz igaz, ha hurok is lehetne a gráfban). Ha G egyszerű, akkor a szomszédsági mátrix elemei 0-ból (nincs hurokél) és 1-esekből (van él) áll. Példa szomszédsági mátrixra: 3, Tömör kódolás A V elemeit kódoljuk. Az élek halmazát egyszerű gráf esetén egy szomszédose szubrutinnal írhatjuk le.

Példa: A csúcsokat u hosszú bináris számok jelölik. Két csúcs akkor szomszédos, ha a két érték Hamming-távolsága éppen 1. A fenti példa könnyen programozható n=1000 esetén is. Ekkor a példabeli gráfnak 2 1000 db csúcsa van. Ennek ellenére egy 1000000 lépéses véletlen séta utolsó csúcsa pillanatok alatt kiszámolható. 3.Alapfogalmak Definició: a H és a G egyszerű gráfok izomorfak, ha létezik olyan bijektív leképezés V(G) és V(H) között,amely minden (u,v) elempárra igaz lesz,hogy azok G-ben akkor és csak akkor vannak összekötve,ha képük H-ban össze vannak kötve. G és H izomorfizmusa jelölve G~H. Példa izomorfizmusra:

Definició: egy H egyszerű gráf teljes gráf egy ponthalmazon, ha minden halmazbeli elemre igaz, hogy az összes többi halmazbeli elemmel szomszédos. ( minden csúcs minden csúccsal össze van kötve ) Példa teljes gráfokra: Definició: egy n darab csúcsból álló él nélküli gráfot üres gráfnak nevezünk. Példa üres gráfra: Definició: Huroknélküli gráfban egy v csúcsra illeszkedő élek számát a v csúcs fokszámának nevezzük.

A fokszám jelölése: d G (v) /a G gráf v csúcsának fokszáma/ Általában a fokszám értékét úgy számoljuk, hogy megnézzük a G gráf azon éleinek számát, amelynek egyik csúcspontja a v és a másik csúcspontja v-től különbözik, illetve megszámolom hány olyan él van, amelynek kezdő és végpontja is a v csúcs és veszem a kétszeresét ennek. A két szám összege adja meg a v csúcs fokszámát: d G (v)= {e E(G) : v e és e nem hurokél} + + 2 * {e E(G): v e és e hurokél} A következő speciális esetet érdemes kiemelni: Definició: egy v pontot izolált pontnak nevezünk, ha fokszáma zérus. Példa: Definició: egy G gráfot párosnak nevezünk, ha annak élei feloszthatóak A és F diszjunkt halmazokra úgy,hogy minden él egy A és egy F részbeli csúcsot kössön össze.(a elemeire, mint alsó,f elemeire mint felső csúcsokra hivatkozunk.) Példa páros gráfra:

Megjegyzés: két halamaz diszjunkt uniója: X és Y metszete üres halmaz. Y, ahol a pont arra utal, hogy X Definició: egy v 0,e 0,v 1,e 1,,e n,v n (ahol v i V csúcssorozat és e i E élsorozat i=1,,n) sorozatot sétának nevezünk a G gráfban, ha e i él két végpontja a v i és a v i+1 csúcsok. Példa: Königsbergi hidak problémája Megjegyzés: az N=0 eset is megengedett, amikor a séta egyetlen v csúcsból álló sorozat. Definició: az olyan sétát, amelynek kezdő és végpontja azonos záródó sétának, vagy körsétának, vagy zárt sétának nevezünk. Példa körsétára:

A v 0,e 1,v 1,, v 4 sétát tekintve a v 0 és a v 4 pontokat végpontoknak, a v 1,v 2,v 3 pontokat belső pontoknak nevezzük. Megjegyzés: egyszerű gráf esetén a sétát (körsétát, vonalat, utat stb.) megadhatjuk az egymást követő pontok felsorolásával. Definició: egy sétát vonalnak nevezünk, ha élsorozatában nincs ismétlődés. Példa vonalra: Definició: egy G gráfban a vonalat útnak nevezzük, ha a pontsorozatban sincs ismétlődés. Példa útra:

Definició: az olyan vonalat, amelynek kezdő és végpontja azonos és ezeket figyelmen kívül hagyva nincs a pontsorozatban ismétlődés, továbbá legalább egy éle van, körnek nevezzük. Definició: az x~y azt jelenti, hogy létezik séta a G gráf x és y csúcspontjai között. Megjegyzés: ha nem egyértelmű, hogy melyik gráfról van szó, pontosíthatunk a következő jelöléssel: x~ g y. Lemma: ~ egy ekvialenciareláció. Biz.: az ekvialenciareláció olyan reláció ami refexív, szimmetrikus és tranzitív. Az első két tulajdonság (reflexív és szimmetrikus) nyilvánvalóan teljesül ~ -re. Így elég azt belátni, hogy tranzitív: ha x~y és y~z akkor x~z. Mivel x és y között van séta és az y és z között is, az a megérzésünk,ha egymás után kötnénk a két sétát,akkor sétát kapunk az x és z csúcsok között is. Ezzel a módszerrel biztosan kapnánk egy sétát,de ez nem biztos hogy egyben út is. A bizonyításhoz egy másik lemma is tartozik. Lemma: Egy S xy sétához létezik olyan T út x és y között, amelyre igaz: E(T) E(S) Lemma: Ha u~v és (és u v ), akkor közöttük létezik n-1 vagy n-2 hosszú séta ahol n= V. Biz.: A sétát válasszuk útnak és az utolsó élen oda-vissza lépkedve felnövelhetjük az út hosszát n-1 vagy n-2-re.

Példa: a két hossz alternatívája nem hagyható el: a A és f F között (ha van,akkor) minden öf. séta hossza páratlan a A és a A között (ha van,akkor) minden öf séta hossza páros. Definició: egy H gráfot a G gráf részgráfjának nevezünk, ha igaz rá: E(H) { e E(G) : Ve V(H) ) } és I(H) I(G) ( V(H) ) x (E(H) ) Azaz H megkapható G-ből élek és csúcsok elhagyásával (csúcs elhagyása esetén a rá illeszkedő éleket is elhagyjuk). Definició: Egy G gráf összefüggő, ha bármely két G-beli csúcs ~ relációban van egymással. Példa összefüggő gráfra: Megjegyzés: ha egy gráf összefüggő, akkor igaz rá, hogy bármely két pontja között létezik séta. Állítás: Egy tetszőleges G gráf csúcsainak halmazát felbonthatjuk olyan csoportokra, amelyekre teljesül: (i) (ii) a különböző csoportok között nem halad él a csoportok pontjai a közöttük haladó élekkel összefüggőek

Megjegyzés: Az (ii) pontba szereplő részgráfokat komponenseknek nevezzük. 4.Gráfok összefüggősége és a szomszédsági mátrix hatványai A gráfok összefüggésével kapcsolatosan előforduló problémák: - egy adott gráf összefüggő-e? - adjuk meg a G gráf lehetséges komponenseit! Az ehhez hasonló problémákat mélységi vagy szélességi kereséssel oldhatóak meg. Mi egy más megközelítést ismertetünk. Adott G hurokél nélküli gráf. Írjuk le a ~ relációt! 0.lépés: n= V n-1, n-2 1.lépés: a, A n-2 és A n-1 kiszámolása (lásd 2.lépés) b, A n-2 +A n-1 = A n-2 * (I+A) 2.lépés: (A n-2 +A n-1) uv? 0 >0 = u~v = 0 = u v Korrektség bizonyítása: A uv egy interpretációja az uv 1 hosszú séták száma. Általában (A k ) uv =k hosszú séták száma. Biz.: k=2 esetén a mátrixszorzás definíciója alapján k>=3 esetén teljes indukció. (A n-2 +A n-1 ) uv > 0 (A n-2 ) uv > 0 vagy (A n-1 ) uv > 0 Implementáció: A A 2 A 4... A k n-2 vagy n-1 hosszú uv út u~v (1) ismételt szorzás, szorozhatjuk az eredményt önmagával

A n-2 = A 2a1+2a2+ <= 2*log 2 (a) db mátrixszorzás ( az A kitevőjében levő kifejezés az n-2 2-es számrendszerben való felírása (2) AG lehet Boole mátrix A G * A G Boole aritemtika, azaz * és művelet + vagy művelet