Hamilton-körök és DNS molekulák

Hasonló dokumentumok
Hamilton-körök és DNS molekulák

TÖRTénet EGÉSZ pontokról

Egész pontokról racionálisan

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét matematika 2.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Magyary Zoltán Posztdoktori beszámoló előadás

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 2.

Diszkrét matematika 2. estis képzés

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

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

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

1. tétel - Gráfok alapfogalmai

Algoritmuselmélet 18. előadás

Algoritmuselmélet. Bonyolultságelmélet. Katona Gyula Y.

Diszkrét matematika 2.C szakirány

25. tétel: Bizonyítási módszerek és bemutatásuk tételek bizonyításában, tétel és megfordítása, szükséges és elégséges feltétel

Markov-láncok stacionárius eloszlása

DNS-számítógép. Balló Gábor

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

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

Diszkrét matematika 2.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI május 5. KÖZÉPSZINT I.

Algoritmizálás, adatmodellezés tanítása 7. előadás

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Kiegészítő részelőadás 1. Az algoritmusok hatékonyságának mérése

Programozási módszertan. Dinamikus programozás: Nyomtatási feladat A leghosszabb közös részsorozat

Diszkrét matematika 1. estis képzés

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

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Programozási módszertan. Dinamikus programozás: A leghosszabb közös részsorozat

Halmazok Halmazok, részhalmaz, halmazműveletek, halmazok elemszáma

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

ELTE IK Esti képzés tavaszi félév. Tartalom

Diszkrét matematika 2.C szakirány

(Diszkrét idejű Markov-láncok állapotainak

Algoritmuselmélet 7. előadás

1372 Miskolc Polgár Debrecen Hajdúszoboszló

MATEMATIKA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGI VIZSGAKÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

Az osztályozó, javító és különbözeti vizsgák (tanulmányok alatti vizsgák) témakörei matematika tantárgyból

Gráfok csúcsszínezései

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

NT Matematika 9. (Heuréka) Tanmenetjavaslat

definiálunk. Legyen egy konfiguráció, ahol és. A következő három esetet különböztetjük meg. 1. Ha, akkor 2. Ha, akkor, ahol, ha, és egyébként.

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Bevezetés az algebrába az egész számok

HAMILTON ÚT: minden csúcson PONTOSAN egyszer áthaladó út

MATEMATIKA A és B variáció

MATEMATIKA Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ

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

Adatszerkezetek 2. Dr. Iványi Péter

ALGORITMUSOK ÉS BONYOLULTSÁGELMÉLET Matematika MSc hallgatók számára

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

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét matematika 1. estis képzés

Következik, hogy B-nek minden prímosztója 4k + 1 alakú, de akkor B maga is 4k + 1 alakú, s ez ellentmondás.

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

2. Visszalépéses keresés

11. előadás. Konvex poliéderek

MATEMATIKA tankönyvcsaládunkat

Osztályozóvizsga követelményei

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

Matematika tanmenet (A) az HHT-Arany János Tehetségfejleszt Program el készít -gazdagító évfolyama számára

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Kosztolányi József Kovács István Pintér Klára Urbán János Vincze István. tankönyv. Mozaik Kiadó Szeged, 2013

Fonyó Lajos: A végtelen leszállás módszerének alkalmazása. A végtelen leszállás módszerének alkalmazása a matematika különböző területein

Diszkrét matematika II. gyakorlat

MATEMATIKA TANTERV Bevezetés Összesen: 432 óra Célok és feladatok

COMENIUS ANGOL-MAGYAR KÉT TANÍTÁSI NYELVŰ ÁLTALÁNOS ISKOLA MATEMATIKA TANMENET

Hadamard-mátrixok Előadó: Hajnal Péter február 23.

Ramsey tétele(i) gráfokra

13.1.Állítás. Legyen " 2 C primitív n-edik egységgyök és K C olyan számtest, amelyre " =2 K, ekkor K(") az x n 1 2 K[x] polinomnak a felbontási teste

III. Gráfok. 1. Irányítatlan gráfok:

RSA algoritmus. P(M) = M e mod n. S(C) = C d mod n. A helyesség igazoláshoz szükséges számelméleti háttér. a φ(n) = 1 mod n, a (a 1,a 2,...

Gráfelméleti alapfogalmak-1

Alapfogalmak a Diszkrét matematika II. tárgyból

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI VIZSGA ÁLTALÁNOS KÖVETELMÉNYEI

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI október 20. EMELT SZINT

Nagyordó, Omega, Theta, Kisordó

Az áprilisi vizsga anyaga a fekete betűkkel írott szöveg! A zölddel írott rész az érettségi vizsgáig még megtanulandó anyag!

DOMSZKY ZOLTÁN. Rendhagyó matek II.

Gráfelmélet/Diszkrét Matematika MSc hallgatók számára. 13. Előadás

Más szavakkal formálisan:, ahol olyan egész szám, hogy. Más szavakkal formálisan:, ahol olyan egész szám, hogy.

Rend, rendezetlenség, szimmetriák (rövidített változat)

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Differenciaegyenletek

Diszkrét matematika I.

2018, Diszkre t matematika. 8. elo ada s

Algoritmusok bonyolultsága

Diszkrét matematika 2.

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

Matematika. Specializáció évfolyam

Átírás:

GoBack

Hamilton-körök és DNS Tengely Szabolcs 2005. november 4 tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 1

Gráfok G = (V,E) egyszerű gráf, ha V egy véges halmaz és E ( V 2), V elemei a G gráf csúcsai, E elemei a G gráf élei, (a,b)-út: a = x 0,e 1,x 1,...,e n,x n = b sorozat, ahol x i x j,i j esetén, kör: a = x 0,e 1,x 1,...,e n,x 0 = a sorozat, ahol az x 0,x 1,...,x n 1 csúcsok és az e 1,e 2,...,e n élek páronként különbözőek, Hamilton-út: olyan G-beli út, amely G minden pontját tartalmazza, Hamilton-kör: olyan G-beli kör, amely G minden pontját tartalmazza. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 2

Példa 0 4 5 8 1 9 10 2 11 6 7 3 tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 3

Példa 0 4 5 8 1 9 10 2 11 6 7 3 csúcsok halmaza: {0, 1,...,11} tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 3

Példa 0 4 5 8 1 9 10 2 11 6 7 3 csúcsok halmaza: {0, 1,...,11} élek halmaza: {(0, 1), (0, 2),..., (10, 11)} tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 3

Példa 0 4 5 8 1 9 10 2 11 6 7 3 csúcsok halmaza: {0, 1,...,11} élek halmaza: {(0, 1), (0, 2),..., (10, 11)} (0, 11)-út: 0 4 1 6 11 tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 3

Példa 0 4 5 8 1 9 10 2 11 6 7 3 csúcsok halmaza: {0, 1,...,11} élek halmaza: {(0, 1), (0, 2),..., (10, 11)} (0, 11)-út: 0 4 1 6 11 kör: 0 1 3 2 0 tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 3

Példa 0 4 5 8 1 9 10 2 11 6 7 3 csúcsok halmaza: {0, 1,...,11} élek halmaza: {(0, 1), (0, 2),..., (10, 11)} (0, 11)-út: 0 4 1 6 11 kör: 0 1 3 2 0 Hamilton-út: 0 4 1 6 3 7 2 5 8 9 11 10 tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 3

Példa 0 4 5 8 1 9 10 2 11 6 7 3 csúcsok halmaza: {0, 1,...,11} élek halmaza: {(0, 1), (0, 2),..., (10, 11)} (0, 11)-út: 0 4 1 6 11 kör: 0 1 3 2 0 Hamilton-út: 0 4 1 6 3 7 2 5 8 9 11 10 Hamilton-kör: 8 10 11 9 4 0 1 6 3 7 2 5 8 Tétel.(Dirac, 1952) Legyen G n-pontú egyszerű gráf, ahol n 3. Ha G-ben minden pont foka legalább n/2, akkor G-ben van Hamilton-kör. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 3

Nehéz dió Nem létezik effektív algoritmus Hamilton-út keresésére. Adott egy G gráf n csúccsal. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 4

Nehéz dió Nem létezik effektív algoritmus Hamilton-út keresésére. Adott egy G gráf n csúccsal. 1. Generáljunk utakat G-ben, tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 4

Nehéz dió Nem létezik effektív algoritmus Hamilton-út keresésére. Adott egy G gráf n csúccsal. 1. Generáljunk utakat G-ben, 2. minden út esetében vizsgáljuk meg: tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 4

Nehéz dió Nem létezik effektív algoritmus Hamilton-út keresésére. Adott egy G gráf n csúccsal. 1. Generáljunk utakat G-ben, 2. minden út esetében vizsgáljuk meg: a az út a megfelelő ponttal kezdődik és a megfelelő pontban végződik, ha nem, hagyjuk ki az utat a halmazból, tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 4

Nehéz dió Nem létezik effektív algoritmus Hamilton-út keresésére. Adott egy G gráf n csúccsal. 1. Generáljunk utakat G-ben, 2. minden út esetében vizsgáljuk meg: a az út a megfelelő ponttal kezdődik és a megfelelő pontban végződik, ha nem, hagyjuk ki az utat a halmazból, b az út pontosan n csúcson megy át, ha nem, hagyjuk ki az utat a halmazból, tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 4

Nehéz dió Nem létezik effektív algoritmus Hamilton-út keresésére. Adott egy G gráf n csúccsal. 1. Generáljunk utakat G-ben, 2. minden út esetében vizsgáljuk meg: a az út a megfelelő ponttal kezdődik és a megfelelő pontban végződik, ha nem, hagyjuk ki az utat a halmazból, b c az út pontosan n csúcson megy át, ha nem, hagyjuk ki az utat a halmazból, minden csúcson átmegy, ha nem, hagyjuk ki az utat a halmazból, tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 4

Nehéz dió Nem létezik effektív algoritmus Hamilton-út keresésére. Adott egy G gráf n csúccsal. 1. Generáljunk utakat G-ben, 2. minden út esetében vizsgáljuk meg: a az út a megfelelő ponttal kezdődik és a megfelelő pontban végződik, ha nem, hagyjuk ki az utat a halmazból, b c az út pontosan n csúcson megy át, ha nem, hagyjuk ki az utat a halmazból, minden csúcson átmegy, ha nem, hagyjuk ki az utat a halmazból, 3. ha maradt út, akkor létezik Hamilton-út G-ben. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 4

DNS tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 5

DNS Adenine(A), Cytosine(C), Guanine(G), Thymine(T) csak A-T, C-G kapcsolódások fordulnak elő tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 5

Kódolás Adleman, 1994: 7 csúcs, 14 él, 20 hosszú DNS láncok. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 6

Kódolás Adleman, 1994: 7 csúcs, 14 él, 20 hosszú DNS láncok. A mi leegyszerűsített példánkban: Miskolc: AAAAGGGG Budapest: CCCCTTTT Szeged: AGAGCTCT Debrecen: GAGATCTC tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 6

Kódolás Adleman, 1994: 7 csúcs, 14 él, 20 hosszú DNS láncok. A mi leegyszerűsített példánkban: Miskolc: AAAAGGGG Budapest: CCCCTTTT Szeged: AGAGCTCT Debrecen: GAGATCTC Miskolc-Budapest: CCCCGGGG Miskolc-Szeged: CCCCTCTC Miskolc-Debrecen: CCCCCTCT tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 6

Megoldás Miskolcról kiindulva keresünk Hamilton-kört, minden kódoló molekula hossza 8, így 40 hosszú at keresünk. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 7

Megoldás Miskolcról kiindulva keresünk Hamilton-kört, minden kódoló molekula hossza 8, így 40 hosszú at keresünk. Egy megoldást meghatározó molekula: CCCC CTCT AGAG TTTT CCCC CTCT AGAG TTTT AAAA GGGG GAGA TCTC AAAA GGGG GAGA TCTC AAAA GGGG Miskolc-Debrecen-Budapest-Szeged-Miskolc. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 7

Megoldás Miskolcról kiindulva keresünk Hamilton-kört, minden kódoló molekula hossza 8, így 40 hosszú at keresünk. Egy megoldást meghatározó molekula: CCCC CTCT AGAG TTTT CCCC CTCT AGAG TTTT AAAA GGGG GAGA TCTC AAAA GGGG GAGA TCTC AAAA GGGG Miskolc-Debrecen-Budapest-Szeged-Miskolc. Nem megoldás, de megfelelő hosszúságú: CCCC CTCT AGAG GGGG AAAA TCTC GAGA TTTT AAAA GGGG GAGA TCTC CCCC TTTT AGAG CTCT AAAA GGGG Miskolc-Debrecen-Miskolc-Debrecen-Miskolc tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 7

Hossz - Adlemannak meg kellett határoznia a sorozatokat, hogy eldöntse a Hamilton-út létezésének kérdését. (Időigényes) Viszont pozitív válasz esetén konstruktív eljárás! tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 8

Hossz - Adlemannak meg kellett határoznia a sorozatokat, hogy eldöntse a Hamilton-út létezésének kérdését. (Időigényes) Viszont pozitív válasz esetén konstruktív eljárás! Frisco, Henkel, Tengely (2004): Hamilton-út létezésének eldöntése megfelelő hosszúságú DNS lánc jelenléte alapján. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 8

Hossz - Adlemannak meg kellett határoznia a sorozatokat, hogy eldöntse a Hamilton-út létezésének kérdését. (Időigényes) Viszont pozitív válasz esetén konstruktív eljárás! Frisco, Henkel, Tengely (2004): Hamilton-út létezésének eldöntése megfelelő hosszúságú DNS lánc jelenléte alapján. Kódolás megváltoztatása, azonos hosszúságú helyett speciálisan megválasztott DNS láncok. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 8

S 1 n halmazok Az S 1 n halmaz olyan {a 1,...,a n } halmazokból áll, amelyekre teljesül, hogy az a 1 x 1 + a 2 x 2 +... + a n x n = a 1 + a 2 +... + a n egyenletnek csak a triviális x i = 1 megoldása van, ahol x i 0 egész. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 9

S 1 n halmazok Az S 1 n halmaz olyan {a 1,...,a n } halmazokból áll, amelyekre teljesül, hogy az a 1 x 1 + a 2 x 2 +... + a n x n = a 1 + a 2 +... + a n egyenletnek csak a triviális x i = 1 megoldása van, ahol x i 0 egész. {4, 6, 7} S 1 3, mert a 4x 1 + 6x 2 + 7x 3 = 17 egyenlet egyetlen megoldása az x 1 = x 2 = x 3 = 1, tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 9

S 1 n halmazok Az S 1 n halmaz olyan {a 1,...,a n } halmazokból áll, amelyekre teljesül, hogy az a 1 x 1 + a 2 x 2 +... + a n x n = a 1 + a 2 +... + a n egyenletnek csak a triviális x i = 1 megoldása van, ahol x i 0 egész. {4, 6, 7} S 1 3, mert a 4x 1 + 6x 2 + 7x 3 = 17 egyenlet egyetlen megoldása az x 1 = x 2 = x 3 = 1, {3, 5, 7} / S 1 3, mert x 1 = 0,x 2 = 3,x 3 = 0 is megoldás. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 9

S 1 n Tétel. Ha h H Sn 1, akkor n h/2 + 1. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 10

S 1 n Tétel. Ha h H Sn 1, akkor n h/2 + 1. Bizonyítás. Tegyük fel, hogy n > h/2 + 1. Ekkor a skatulyaelv miatt léteznek h i,h j H,h i h j, amelyekre h i + h j 0 mod h. Ellentmondás. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 10

S 1 n Tétel. Ha h H Sn 1, akkor n h/2 + 1. Bizonyítás. Tegyük fel, hogy n > h/2 + 1. Ekkor a skatulyaelv miatt léteznek h i,h j H,h i h j, amelyekre h i + h j 0 mod h. Ellentmondás. Legyen G n = n i=1 {2n 2 n i }. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 10

S 1 n Tétel. Ha h H Sn 1, akkor n h/2 + 1. Bizonyítás. Tegyük fel, hogy n > h/2 + 1. Ekkor a skatulyaelv miatt léteznek h i,h j H,h i h j, amelyekre h i + h j 0 mod h. Ellentmondás. Legyen G n = n i=1 {2n 2 n i }. G 1 = {1} tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 10

S 1 n Tétel. Ha h H Sn 1, akkor n h/2 + 1. Bizonyítás. Tegyük fel, hogy n > h/2 + 1. Ekkor a skatulyaelv miatt léteznek h i,h j H,h i h j, amelyekre h i + h j 0 mod h. Ellentmondás. Legyen G n = n i=1 {2n 2 n i }. G 1 = {1} G 2 = {2, 3} tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 10

S 1 n Tétel. Ha h H Sn 1, akkor n h/2 + 1. Bizonyítás. Tegyük fel, hogy n > h/2 + 1. Ekkor a skatulyaelv miatt léteznek h i,h j H,h i h j, amelyekre h i + h j 0 mod h. Ellentmondás. Legyen G n = n i=1 {2n 2 n i }. G 1 = {1} G 2 = {2, 3} G 3 = {4, 6, 7} tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 10

S 1 n Tétel. Ha h H Sn 1, akkor n h/2 + 1. Bizonyítás. Tegyük fel, hogy n > h/2 + 1. Ekkor a skatulyaelv miatt léteznek h i,h j H,h i h j, amelyekre h i + h j 0 mod h. Ellentmondás. Legyen G n = n i=1 {2n 2 n i }. G 1 = {1} G 2 = {2, 3} G 3 = {4, 6, 7} G 4 = {8, 12, 14, 15} tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 10

S 1 n Tétel. Ha h H Sn 1, akkor n h/2 + 1. Bizonyítás. Tegyük fel, hogy n > h/2 + 1. Ekkor a skatulyaelv miatt léteznek h i,h j H,h i h j, amelyekre h i + h j 0 mod h. Ellentmondás. Legyen G n = n i=1 {2n 2 n i }. G 1 = {1} G 2 = {2, 3} G 3 = {4, 6, 7} G 4 = {8, 12, 14, 15} Tétel. Minden pozitív egész n-re G n S 1 n. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 10

G n alkalmazása Az egyszerű Budapest-Debrecen-Miskolc-Szeged példánkban Debrecen-Szeged Hamilton-út létezésének kérdése esetén használhatjuk G n elemeit, mint a csúcsok kódjait: tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 11

G n alkalmazása Az egyszerű Budapest-Debrecen-Miskolc-Szeged példánkban Debrecen-Szeged Hamilton-út létezésének kérdése esetén használhatjuk G n elemeit, mint a csúcsok kódjait: Budapest - 8 Debrecen - 12 Miskolc - 14 Szeged - 15 Egy Hamilton-utat reprezentáló molekula hossza 49 lenne, ha létezik ilyen hosszú molekula, akkor létezik Debrecen-Szeged Hamilton-út és nem szükséges "dekódolni" a DNS láncokat. tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 11

Köszönöm a figyelmet! tengely@math.klte.hu KöMaL Ifjúsági Ankét 2005 slide 12