图论课件_图的连通性.ppt

* * 图论及其应用 应用数学学院 第三章 图的连通性 主要内容 一、割边、割点和块 二、图的连通度与敏格尔定理 三、图的宽直径简介 教学时数 安排6学时讲授本章内容 图的连通性刻画 本次课主要内容 (一)、割边及其性质 (二)、割点及其性质 (三)、块及其性质 割边、割点和块 研究图的连通性的意义 研究图的连通性，主要研究图的连通程度的刻画，其意义是： 图论意义：图的连通程度的高低，是图结构性质的重要表征，图的许多性质都与其相关，例如：连通图中任意两点间不相交路的条数就与图的连通程度有关。 实际意义：图的连通程度的高低，在与之对应的通信网络中，对应于网络“可靠性程度”的高低。 网络可靠性，是指网络运作的好坏程度，即指如计算机网络、通信网络等对某个组成部分崩溃的容忍程度。 网络可靠性， 是用可靠性参数来描述的。参数主要分确定性参数与概率性参数。 确定性参数主要考虑网络在最坏情况下的可靠性度量，常称为网络拓扑的“容错性度量”，通常用图论概念给出，其中，本章将介绍的图的连通度就是网路确定性参数之一。近年来，人们又提出了“坚韧度”、“核度”、“整度”等描述网络容错性的参数。 概率性参数主要考虑网络中处理器与信关以随机的、彼此独立的按某种确定性概率损坏的情况下，网络的可靠性度量，常称为网络拓扑的“可靠性度量”。 (一)、割边及其性质 定义1 边e为图G的一条割边，如果 。 红色边为该图的割边 注：割边又称为图的“桥”。 图的割边有如下性质： 定理1 边 e 是图G的割边当且仅当 e 不在G的任何圈中。 证明：可以假设G连通。 若不然。设 e 在图G的某圈 C 中，且令e = u v. 考虑P = C- e,则P是一条u v路。下面证明G-e连通。 对任意 x, y V(G-e) 由于G连通，所以存在x ---y路Q.若Q不含e，则x与y在G-e里连通；若Q含有e，则可选择路：x ---u P v --- y,说明x与y在G-e里也连通。所以,若边e在G的某圈中，则G-e连通。 但这与e是G的割边矛盾！ “必要性” “充分性” 如果e不是G的割边，则G-e连通，于是在G-e中存在一条u --- v 路，显然：该路并上边e得到G中一个包含边e的圈，矛盾。 推论1 e为连通图G的一条边，如果e含于G的某圈中，则G-e连通。 证明：若不然，G-e不连通，于是e是割边。由定理1，e不在G的任意圈中，矛盾！ 例1 求证: (1) 若G的每个顶点的度数均为偶数，则G没有割边; (2) 若G为k正则二部图(k≧2)，则G无割边。 证明: (1)若不然，设e=uv 为G的割边。则G-e的含有顶点u的那个分支中点u的度数为奇，而其余点的度数为偶数，与握手定理推论相矛盾！ (2)若不然，设e=uv 为G的割边。取G-e的其中一个分支G1, 显然，G1中只有一个顶点的度数是k-1,其余点的度数为k。并且G1仍然为偶图。 假若G1的两个顶点子集包含的顶点数分别为m与n，并且包含m个顶点的顶点子集包含度为k-1的那个点，那么有：k m-1= k n。但是因k≧2，所以等式不能成立！ 注：该题可以直接证明G中任何一条边均在某一圈中，由定理1得出结论。 边割集简介 边割集跟回路、树等概念一样，是图论中重要概念。在应用上，它是电路网络图论的基本概念之一。所以，下面作简单介绍。 定义2 一个具有n个顶点的连通图G,定义n-1为该连通图的秩；具有p个分支的图的秩定义为n-p。记为R(G)。 (1) R (G-S) = n-2; 定义3 设S是连通图G的一个边子集，如果： (2) 对S的任一真子集S1,有R(G-S1)=n-1。 称S为G的一个边割集，简称G的一个边割。 例2 边子集：S1=｛a, c, e｝, S2=｛a, b, ｝,S3=｛f｝是否是下图G的边割？ a g e d c b h f i 图G 解: S1不是；S2与S3是。 定义4 在G中，与顶点v关联的边的集合，称为v的关联集，记为：S (v)。 a g e d c b h f i 图G 例3 关联集是割集吗？为什么？ 答：不一定！如在下图中，关联集｛a,b｝是割集，但是，关联集｛d,e,f｝不是割集。 定义5 在G中，如果V=V1∪V2,V1∩V2=Φ,E1是G中端点分属于V