运筹学课件 第8章 图与网络分析.pptVIP

引言 图论是专门研究图的理论的一门数学分支，属于离散数学范畴，与运筹学有交叉，它有200多年历史，大体可划分为三个阶段：第一阶段是从十八世纪中叶到十九世纪中叶，处于萌芽阶段，多数问题围游戏而产生，最有代表性的工作是所谓的Euler七桥问题，即一笔画问题。;第二阶段是从十九世纪中叶到二十世纪中叶，这时，图论问题大量出现，如Hamilton问题，地图染色的四色问题以及可平面性问题等，这时，也出现用图解决实际问题，如Cayley把树应用于化学领域，Kirchhoff用树去研究电网络等.;第三阶段是二十世纪中叶以后，由生产管理、军事、交通、运输、计算机网络等方面提出实际问题，以及大型计算机使大规模问题的求解成为可能，特别是以Ford和Fulkerson建立的网络流理论，与线性规划、动态规划等优化理论和方法相互渗透，促进了图论对实际问题的应用。;例：哥尼斯堡??桥问题 哥尼斯堡（现名加里宁格勒）是欧洲一个城市，Pregei河把该城分成两部分，河中有两个小岛，十八世纪时，河两边及小岛之间共有七座桥，当时人们提出这样的问题：有没有办法从某处（如A）出发，经过各桥一次且仅一次最后回到原地呢？;A; 最后，数学家Euler在1736年巧妙地给出了这个问题的答案，并因此奠定了图论的基础，Euler把A、B、C、D四块陆地分别收缩成四个顶点，把桥表示成连接对应顶点之间的边，问题转化为从任意一点出发，能不能经过各边一次且仅一次，最后返回该点。这就是著名的Euler问题。;A;例：哈密顿（Hamilton）回路是十九世纪英国数学家哈密顿提出，给出一个正12面体图形，共有20个顶点表示20个城市，要求从某个城市出发沿着棱线寻找一条经过每个城市一次而且仅一次，最后回到原处的周游世界线路（并不要求经过每条边）。;;;;;;;;;;;;;;;;;; 图的基本概念 图论是专门研究图的理论的一门数学分支，主要研究点和线之间的 几何关系。;一、图与网络的基本概念 1、图及其分类 定义1：（图）一个图由点集V和V中的元素无序对的一个集合，记为 G=（V，E） 其中：V= （ v1， v2，…... vm）是m个顶点集合； E= （ e1， e2，…... en） 是n条边集合。 当V和E为有限集合时，G为有限图。 2个点u,v属于V，如果边(u,v)属于E， u,v相邻； u,v为边(u,v)的端点。 具有公共端点u的两条边，称为点u的关联边。;如果任一边(u,v)属于E且端点无序，无向边；图G为无向图。 如果任一边(u,v)属于E且端点有序，有向边；图G为有向图 m(G)= E ，表示图G的边数； n(G)= V ，表示图G的点数； ;环（自回路）：一条边的两个端点如果相同。 两个点之间多于一条边的，多重边。 定义2：不含环和多重边的图，简单图。 含有多重边的图，多重图。 有向图中的两点之间有不同方向的两条边，不是多重边。;定义3：每一对顶点间都有边相连的无向简单图，完全图。 有向完全图：指每一对顶点间有且仅有一条有向边的简单图。 定义4:图G=(V,E)的点集V可以分为2个非空子集X,Y，使得E中每条边的两个端点必有一个端点属于X，另一个端点属于Y，G为二部图（偶图），有时记为： G=(X,Y,E) ; 2、顶点的次 定义5：以点v为端点的边的个数称为点v的次，记作d(v), 如次为零的点称为弧立点； 次为1的点称为悬挂点。悬挂点的边称为悬挂边。 次为奇数的点称为奇点，次为偶数的点称为偶点。 偶点：d(v)=偶数； 奇点：d(v)=奇数；;v1;;定理1 在一个图中，所有顶点次的和等于边的两倍。 定理2 在任意一个图中，次为奇数的顶点必为偶数个。 定义6：有向图中，以vi为始点的边数称为点vi的出次，d+(vi); 以vi为终点的边数称为点vi的入次，d-(vi); 所有顶点的入次之和=所有顶点的出次之和；;3、子图 定义：设G=（V，E）和G1=（V1，E1）。 如果V1 ? V， E1 ? E则称G1为G的子图； 如果G1 =（ V1，E1 ）是G=（V，E）子图，并且V1 = V，则称G1为G的生成子图；;v1;v1;v1;二、连通图 定义8:如果图中的某些点、边可以排列成点和边的交错序列(v0 ,e1 ,v1 ,e2 ,v2，e3 ,v3 ,…,vn-1 , en ， vn ） ，ei=(vi-1,vi)，则称此为一条链。 由两两相邻的点及其相关联边构成的点边序列。 初等链：链中无重复的点和边； 定义9：无向图中，如一条链中起点和终点重合，则称此链为圈。 初等圈：圈中无