圖論 - 連通性



能否從一個頂點遍歷到另一個頂點取決於圖的連線方式。連通性是圖論中的一個基本概念。連通性定義了圖是連通的還是不連通的。它根據邊和頂點有子主題,稱為邊連通性和頂點連通性。讓我們詳細討論一下。

連通性

如果每對頂點之間存在一條路徑,則稱該圖是連通的。從每個頂點到任何其他頂點,都應該存在一些路徑可以遍歷。這就是所謂的圖的連通性。具有多個不連通頂點和邊的圖被稱為不連通圖。

示例1

在下面的圖中,可以從一個頂點移動到任何其他頂點。例如,可以使用路徑“a-b-e”從頂點“a”遍歷到頂點“e”。

Connectivity

示例2

在下面的例子中,無法從頂點“a”遍歷到頂點“f”,因為它們之間沒有直接或間接的路徑。因此,它是一個不連通圖。

Disconnected Graph

割點

設“G”是一個連通圖。如果“G-V”(從“G”中刪除“V”)導致一個不連通圖,則頂點V ∈ G被稱為“G”的割點。從圖中移除割點會將其分成兩個或多個圖。

注意 - 刪除割點可能會使圖不連通。

一個連通圖“G”最多可能有(n-2)個割點。

示例

在下面的圖中,頂點“e”和“c”是割點。

Cut Vertex

移除“e”或“c”後,圖將變成不連通圖。

Cut Vertex Disconnected Graph with Cut Vertex

沒有“g”,頂點“c”和頂點“h”以及許多其他頂點之間沒有路徑。因此,它是一個不連通圖,割點為“e”。類似地,“c”也是上述圖的割點。

割邊(橋)

設“G”是一個連通圖。如果“G-e”導致一個不連通圖,則邊“e”∈ G被稱為割邊。

如果移除圖中的一條邊會導致兩個或多個圖,則該邊稱為割邊。

示例

在下面的圖中,割邊是[(c, e)]。

Cut Vertex

從圖中移除邊(c, e)後,它將變成不連通圖。

Cut Vertex Cut Edge of the Graph

在上圖中,移除邊(c, e)將圖分成兩部分,這實際上是一個不連通圖。因此,邊(c, e)是該圖的割邊。

注意 - 設“G”是一個具有“n”個頂點的連通圖,則

  • 當且僅當邊“e”不是G中任何迴圈的一部分時,割邊e ∈ G。

  • 可能的割邊最大數量為“n-1”。

  • 只要存在割邊,也存在割點,因為割邊的至少一個頂點是割點。

  • 如果存在割點,則割邊可能存在也可能不存在。

圖的割集

設“G”= (V, E)是一個連通圖。如果從G中刪除E’的所有邊使得G不連通,則E的子集E’稱為G的割集。

如果從圖中刪除一定數量的邊使其不連通,則這些被刪除的邊稱為該圖的割集。

示例

看一下下面的圖。它的割集是E1 = {e1, e3, e5, e8}。

Cut Set of a Graph

從圖中移除割集E1後,它將顯示如下:

Removing Cut Set

類似地,還有其他割集可以使圖不連通:

  • E3 = {e9} – 圖的最小割集。

  • E4 = {e3, e4, e5}

邊連通性

設“G”是一個連通圖。移除最少數量的邊使得“G”不連通,這個最小數量的邊稱為G的邊連通性。

記號 - λ(G)

換句話說,G的最小割集中的邊數稱為G的邊連通性。

如果“G”有一條割邊,則λ(G)為1。(G的邊連通性。)

示例

看一下下面的圖。透過移除兩條最小邊,連通圖變得不連通。因此,它的邊連通性(λ(G))為2。

Edge Connectivity

以下是透過移除兩條邊來使圖不連通的四種方法:

Removing Two Edges

頂點連通性

設“G”是一個連通圖。移除最少數量的頂點使得“G”變得不連通或將“G”簡化為平凡圖,這個最小數量的頂點稱為它的頂點連通性。

記號 - K(G)

示例

在上圖中,移除頂點“e”和“i”使得圖不連通。

Connected Graph

如果G有一個割點,則K(G) = 1。

記號 - 對於任何連通圖G,

K(G) ≤ λ(G) ≤ δ(G)

頂點連通性(K(G)),邊連通性(λ(G)),G的最小度數(δ(G))。

示例

計算下列圖的λ(G)和K(G):

Vertex Connectivity

解答

從圖中,

δ(G) = 3

K(G) ≤ λ(G) ≤ δ(G) = 3 (1)

K(G) ≥ 2 (2)

刪除邊{d, e}和{b, h},我們可以使G不連通。

因此,

λ(G) = 2

2 ≤ λ(G) ≤ δ(G) = 2 (3)

從(2)和(3),頂點連通性K(G) = 2

廣告
© . All rights reserved.