TGH02 - teorie grafů, základní pojmy

Podobné dokumenty
TGH02 - teorie grafů, základní pojmy

TGH02 - teorie grafů, základní pojmy

Grafy. RNDr. Petra Surynková, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta.

4 Pojem grafu, ve zkratce

Diskrétní matematika. DiM /01, zimní semestr 2018/2019

Teorie grafů Jirka Fink

H {{u, v} : u,v U u v }

Úvod do teorie grafů

Základní pojmy teorie grafů [Graph theory]

Teorie grafů. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Kostry. 9. týden. Grafy. Marie Demlová (úpravy Matěj Dostál) 16. dubna 2019

Jan Březina. 7. března 2017

5 Orientované grafy, Toky v sítích

Základy informatiky. Teorie grafů. Zpracoval: Pavel Děrgel Úprava: Daniela Szturcová

Definice 5.1 Graf G = (V, E) je tvořen množinou vrcholů V a množinou hran, kde

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Teorie grafů. študenti MFF 15. augusta 2008

Diskrétní matematika. DiM /01, zimní semestr 2018/2019

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2015

10 Přednáška ze

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2014

Přijímací zkouška - matematika

Definice 1 eulerovský Definice 2 poloeulerovský

Princip rozšíření a operace s fuzzy čísly

Úvod do Teorie grafů Petr Kovář

Matematická analýza 1

Drsná matematika III 9. přednáška Rovinné grafy: Stromy, konvexní mnohoúhelníky v prostoru a Platónská tělesa

TGH05 - aplikace DFS, průchod do šířky

Základy informatiky. 07 Teorie grafů. Kačmařík/Szturcová/Děrgel/Rapant

STROMY. v 7 v 8. v 5. v 2. v 3. Základní pojmy. Řešené příklady 1. příklad. Stromy

TEORIE GRAFŮ TEORIE GRAFŮ 1

TGH08 - Optimální kostry

VLASTNOSTI GRAFŮ. Vlastnosti grafů - kap. 3 TI 5 / 1

1. přednáška 1. října Kapitola 1. Metrické prostory.

TGH05 - aplikace DFS, průchod do šířky

Obsah prezentace. Základní pojmy v teorii o grafech Úlohy a prohledávání grafů Hledání nejkratších cest

Vzdálenost uzlů v neorientovaném grafu

MATEMATIKA A 3 Metodický list č. 1

Teorie grafů. Kostra grafu. Obsah. Radim Farana Podklady pro výuku pro akademický rok 2013/2014

Hlavolamy a teorie grafů

VLASTNOSTI GRAFŮ. Doc. RNDr. Josef Kolář, CSc. Katedra teoretické informatiky, FIT České vysoké učení technické v Praze. BI-GRA, LS 2010/2011, Lekce 5

Hledáme efektivní řešení úloh na grafu

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2014

Teorie grafů BR Solutions - Orličky Píta (Orličky 2010) Teorie grafů / 66

Pro každé formule α, β, γ, δ platí: Pro každé formule α, β, γ platí: Poznámka: Platí právě tehdy, když je tautologie.

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Diskrétní matematika. študenti MFF 15. augusta 2008

Pojem relace patří mezi pojmy, které prostupují všemi částmi matematiky.

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

MATEMATIKY. Přednášel: Prof. RNDr. Jaroslav Nešetřil, DrSc. Zapsal: Michal Hrušecký

Kapitola 11. Vzdálenost v grafech Matice sousednosti a počty sledů

Vrcholová barevnost grafu

10 Podgrafy, isomorfismus grafů

1 Báze a dimenze vektorového prostoru 1

Diskrétní matematika. DiM /01, zimní semestr 2016/2017

Pojem binární relace patří mezi nejzákladnější matematické pojmy. Binární relace

Drsná matematika III 9. přednáška Rovinné grafy: Stromy, konvexní mnohoúhelníky v prostoru a Platónská tělesa

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2016

Úvod do Teorie grafů Petr Kovář

Cílem kapitoly je opakování a rozšíření středoškolských znalostí v oblasti teorie množin.

MASARYKOVA UNIVERZITA TEORIE GRAFŮ EDUARD FUCHS

4EK311 Operační výzkum. 5. Teorie grafů

TGH09 - Barvení grafů

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2016

Operační výzkum. Síťová analýza. Metoda CPM.

TOPOLOGIE A TEORIE KATEGORIÍ (2017/2018) 4. PREDNÁŠKA - SOUČIN PROSTORŮ A TICHONOVOVA VĚTA.

Středoškolská odborná činnost. Sociální sítě z pohledu teorie grafů. Matěj Žídek

Vybíravost grafů, Nullstellensatz, jádra

Hamiltonovské kružnice, stromy, rovinné grafy

4 Stromy a les. Definice a základní vlastnosti stromů. Kostry grafů a jejich počet.

TGH12 - Problém za milion dolarů

Teorie množin. Čekají nás základní množinové operace kartézské součiny, relace zobrazení, operace. Teoretické základy informatiky.

Grafy. 1. Základní pojmy. 1. Definice grafu. Grafy.nb 1

2. RBF neuronové sítě

Metody síťové analýzy

prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. BI-ZMA ZS 2009/2010

1. část: Základy teorie grafů. Ing. Michal Dorda, Ph.D.

Grafy. doc. Mgr. Jiří Dvorský, Ph.D. Katedra informatiky Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TU Ostrava. Prezentace ke dni 13.

8 Přednáška z

TEORIE GRAFŮ. Petr Kovář

Diskrétní matematika DISKRÉTNÍ MATEMATIKA. RNDr. Ivan Havlíček, CSc., ::

ALGEBRA. Téma 4: Grupy, okruhy a pole

Minimalizace KA - Úvod

autorovu srdci... Petr Hliněný, FI MU Brno 1 FI: MA010: Průnikové grafy

Konstrukce relace. Postupně konstruujeme na množině všech stavů Q relace i,

IV. Základní pojmy matematické analýzy IV.1. Rozšíření množiny reálných čísel

Oproti definici ekvivalence jsme tedy pouze zaměnili symetričnost za antisymetričnost.

DISKRÉTNÍ MATEMATIKA PRO INFORMATIKY II

07 Základní pojmy teorie grafů

Výroková a predikátová logika - II

Metrické prostory a kompaktnost

Matematická analýza pro informatiky I.

Texty k přednáškám z MMAN3: 3. Metrické prostory

METRICKÉ A NORMOVANÉ PROSTORY

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

RELACE, OPERACE. Relace

Definice 1.1. Nechť je M množina. Funkci ρ : M M R nazveme metrikou, jestliže má následující vlastnosti:

Důkaz Heineho Borelovy věty. Bez újmy na obecnosti vezmeme celý prostor A = M (proč? úloha 1). Implikace. Nechť je (M, d) kompaktní a nechť.

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2017

Teorie grafů. zadání úloh. letní semestr 2008/2009. Poslední aktualizace: 19. května First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

PŘEDNÁŠKA 7 Kongruence svazů

Dnešní látka Variačně formulované okrajové úlohy zúplnění prostoru funkcí. Lineární zobrazení.

Transkript:

TGH02 - teorie grafů, základní pojmy Jan Březina Technical University of Liberec 5. března 2013

Počátek teorie grafů Leonard Euler (1707 1783) 1735 pobyt v Královci (Prusko), dnes Kaliningrad (Rusko) Úloha: Projít městem tak, abyste přešli každý most právě jednou.

Matematizace úlohy 1. Pozorování: nezáleží na cestě mimo mosty 2. Podstatná jsou jen území (vrcholy) a mosty (hrany) 3. Není důležitá poloha vrcholů ani tvar hran. 4. Obrázek grafu má jen pomocnou roli.

Definice grafu Vrcholy reprezentují nějaké objekty (plochy mezi řekami), hrany jsou vztahy - relace mezi objekty (spojuje je most). Definition Graf (obyčejný neorientovaný) je uspořádaná dvojice (V, E), kde V je množina vrcholů a E ( ( V 2) je množina hran. Symbolem V n) značíme množinu všech n prvkových podmnožin množiny V. Neorientovaná hrana je neuspořádaná dvojice vrcholů, jejich max. počet je n(n 1)/2 pro n = V

Grafová formulace úlohy o mostech Graf úlohy můžeme zapsat: V = {1, 2, 3, 4, 5} E = {{1, 2}, {1, 2}, {2, 3}, {2, 3}, {1, 4}, {2, 4}, {3, 4}} Úloha: Pro daný graf G = (V, E) nalézt uspořádanou posloupnost hran a vrcholů P = (v 1, e 1, v 2,..., v 7, e 7, v 8 ) tak, že e i = {v i, v i+1 } a každá hrana se v posloupnosti vyskytuje právě jednou. (Vrcholy se mohou opakovat.) Posloupnost P v níž se mohou opakovat vrcholy, ale ne hrany nazýváme sled.

Úloha pro sypače Projed te každou ulici města právě jednou v každém povoleném směru. Grafová formulace: Vrcholy - křižovatky Hrany (orientované) - silnice

Orientovaný graf Definition Graf (obyčejný orientovaný) je uspořádaná dvojice (V, E), kde V je množina vrcholů a E V V je množina hran. Př. V = {1, 2, 3, 4, 5} E = {(1, 2), (2, 1), (2, 3), (3, 2), (1, 4), (2, 4), (4, 3)} Občejný graf neobsahuje smyčky (hrany začínající a končící ve stejném vrcholu), ani násobné hrany.

Graf vs. nakreslení Graf: Vrcholy - libovolná množina (v počítači obvykle přirozená čísla) Neorientované hrany - neuspořádané dvojice vrcholů Orientované hrany - uspořádané dvojice Nakreslení: Vrcholy - puntíky, body Neorientované hrany - křivky mezi puntíky Orientované hrany - křivky se šipkou

Cesty v grafu sled - P = (v 1, e 1, v 2,..., v n, e n, v n+ ), vrcholy i hrany se mohou opakovat, délka n tah - sled, ve kterém se neopakuji hrany cesta - sled ve kterém se neopakují vrcholy kružnice - cesta ve které v 1 = v n+1 Eulerovský tah - tah obsahující všechny hrany Eulerovská kružnice - Eulerovský tah, s totožným počátkem a koncem

Další příklady aplikací Web stránky; odkazy (orientované hrany)

Další příklady aplikací Web stránky; odkazy (orientované hrany) Závislosti knihovny, třídy; vztahy závislosti (orientované hrany)

Další příklady aplikací Web stránky; odkazy (orientované hrany) Závislosti knihovny, třídy; vztahy závislosti (orientované hrany) Ethernet, TCP počítače, adresy; kabely, spojení

Další příklady aplikací Web stránky; odkazy (orientované hrany) Závislosti knihovny, třídy; vztahy závislosti (orientované hrany) Ethernet, TCP počítače, adresy; kabely, spojení Elektrická sít elektrárny, trafostanice, spotřebitelé; vedení

Další příklady aplikací Web stránky; odkazy (orientované hrany) Závislosti knihovny, třídy; vztahy závislosti (orientované hrany) Ethernet, TCP počítače, adresy; kabely, spojení Elektrická sít elektrárny, trafostanice, spotřebitelé; vedení Chemické sloučeniny prvky; vazby

Další příklady aplikací Web stránky; odkazy (orientované hrany) Závislosti knihovny, třídy; vztahy závislosti (orientované hrany) Ethernet, TCP počítače, adresy; kabely, spojení Elektrická sít elektrárny, trafostanice, spotřebitelé; vedení Chemické sloučeniny prvky; vazby Příbuzenské vztahy lidé; příbuznost

Grafy Platónských těles

Fulereny

Jsou to stejné grafy?

Jsou to stejné grafy? Ztotožnění vrcholů: 1: 4, 5, 6 2: 4, 5, 6 3: 4, 5, 6 4: 1, 2, 3 5: 1, 2, 3 6: 1, 2, 3 a: b, d, f c: b, d, f e: b, d, f b: a, c, e d: a, c, e f: a, c, e

Isomorfismus grafů Definition Dva grafy G a G nazveme izomorfní jestliže existuje vzájemně jednoznačné zobrazení f : V V, takové, že {x, y} E právě když {f(x), f(y)} E. Zobrazení f nazýváme izomorfismus grafů G a G. Značíme G = G. přejmenování vrcholů obecně těžká úloha rozhodnout zda jsou dva grafy isomorfní příklad K 3,3

Podgrafy, cesta a kružnice jinak, sled Definition Řekneme, že graf H je podgrafem grafu G, pokud V (H) V (G) a E(H) E(G). (mažu vrchuly i hrany) Řekneme, že graf H je indukovaným podgrafem grafu G, pokud V (G) V (G) a E(H) = E(G) ( ) V (H) 2. Tj. podgraf obsahuje právě všechny hrany původního grafu na podmnožině vrcholů. (mažu jen vrcholy) Cesta v grafu G (z vrcholu A do vrcholu B délky t): Podgraf isomorfní s P t. Vrcholy se nemohou opakovat. Kružnice v grafu G (délky t): Podgraf isomorfní s C t. Vrcholy se nemohou opakovat. Sled v grafu G (z vrcholu A do vrcholu B délky t) je posloupnost (v 0, e 1, v 1, e 2,..., e t, v t ), kde platí e i = {v i 1, v i } E(G). Vrcholy se mohou opakovat. Lemma V grafu G existuje cesta z a do b právě tehdy pokud existuje sled z a do b.

ekvivalence, třídy ekvivalence Relace (vztah) na množině X je podmnožina X X. (... těch dvojic, které jsou v relaci.) píšeme: x y Relace se nazývá ekvivalence pokud platí: 1) x x, 2) x y y x, 3) x y y z x z; reflexivita, symetrie, tranzitivita. Označme R[x] množinu všech y X ekvivalentních s x, tzv. třídu ekvivalence prvku x. Platí: R[x] je vždy neprázdná bud R[x] a R[y] jsou bud totožné nebo disjunktní Třídy ekvivalence jednoznačně určují relaci ekvivalence.

souvislost grafu, komponenty Definition Řekneme, že graf G je souvislý pokud pro každé dva vrcholy x a y existuje cesta z x do y. Komponenty grafu jsou jeho největší souvislé indukované podgrafy. Zavedeme relaci pro vrcholy: x y, pokud existuje cesta z x do y. Lemma Relace je ekvivalence. (tj. reflexivní, symetrická a tranzitivní relace) Množina vrcholů V se rozpadne na třídy ekvivalence V i. Třídy ekvivalence V i jsou komponenty grafu. Graf je souvislý pokud má jen jednu komponentu.

vzdálenost v grafu Pro dva vrcholy x, y souvislého grafu G definujeme jejich vzdálenost d G (x, y) jako délku nejkratší cesty v grafu G. Funkci d G : V V R nazýváme metrika grafu. Metrika má vlastnosti: 1. d(x, y) 0, přičemž d(x, y) = 0 pravě když x = y 2. (symetrie) d(x, y) = d(y, x) 3. (trojúhelníková nerovnost) d(x, y) d(x, z) + d(z, y) Zobecnění pro grafy s hranami ohodnocenými kladnými čísly.

Pojmy založené na metrice excentricita vrcholu je jeho vzdálenost k nejvzdálenějšímu vrcholu, ɛ G (v) = max u V d G(v, u) průměr grafu, diam G, je maximální excentricita poloměr grafu, minimální excentricita periferní vrcholy - ty co mají excentricitu rovnou průmeru centrální vrcholy - ty co mají excentricitu rovnu poloměru matice vzdáleností

Stupeň vrcholu Stupeň vrcholu deg(v) v neorientovaném grafu je počet hran vychazejících z v pro orientované grafy: indegree deg (v), outdegree deg + (v) Lemma deg(v) = 2 E v V Skóre grafu - neklesající posloupnost stupňů všech vrcholů grafu, nemění se při isomorfismu