Pisteet ja viivat. Multigraafi

Samankaltaiset tiedostot
0 v i v j / E, M ij = 1 v i v j E.

6.4. Järjestyssuhteet

Graafin virittävä puu 1 / 20

7.4. Eulerin graafit 1 / 22

Johdatus graafiteoriaan

Johdatus graafiteoriaan

Todistus (2.2) Todistus (2.2) jatkoa. (2.2): Oletetaan, että0 n 1,1 n 1 / P i (F) aina kuni = 1,2,...,n. Olkoonf F painoltaan pienin joukonf alkio.

8.5. Järjestyssuhteet 1 / 19

Kysymys: Voidaanko graafi piirtää tasoon niin, että sen viivat eivät risteä muualla kuin pisteiden kohdalla?

A TIETORAKENTEET JA ALGORITMIT

Luentorunko Kevät Matti Peltola.

GRAAFITEORIA. Keijo Ruohonen

GRAAFITEORIAA. Pertti Koivisto Riitta Niemistö

Königsbergin sillat. Königsberg 1700-luvulla. Leonhard Euler ( )

Pertti Koivisto ja Riitta Niemistö. Graafiteoriaa

verkkojen G ja H välinen isomorfismi. Nyt kuvaus f on bijektio, joka säilyttää kyseisissä verkoissa esiintyvät särmät, joten pari

Graafiteoria matematiikkaako?

PARITUS KAKSIJAKOISESSA

Diskreetit rakenteet

Johdatus graafiteoriaan

Graafin 3-värittyvyyden tutkinta T Graafiteoria, projektityö (eksakti algoritmi), kevät 2005

Graphs in Social Network Analysis And Modeling. Graafit sosiaalisten verkostojen mallintamisessa

keskenään isomorfiset? (Perustele!) Ratkaisu. Ovat. Tämän näkee indeksoimalla kärjet kuvan osoittamalla tavalla: a 1 b 3 a 5

Johdatus verkkoteoriaan luento Netspace

= 5! 2 2!3! = = 10. Edelleen tästä joukosta voidaan valita kolme särmää yhteensä = 10! 3 3!7! = = 120

Puiden karakterisointi

Berge-perfektit graafit ja Shannonin kapasiteetti

Hamiltonin sykleistä graateoriassa

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

Verkkojen elementaarinen ekvivalenssi

A TIETORAKENTEET JA ALGORITMIT

isomeerejä yhteensä yhdeksän kappaletta.

Rakenteellinen tasapaino ja transitiivisyys

Rinnakkaistietokoneet luento S

b) Olkoon G vähintään kaksi solmua sisältävä puu. Sallitaan verkon G olevan

Äärellisten mallien teoria

Johdatus verkkoteoriaan 4. luento

Tehtävä 5 : 1. Tehtävä 5 : 2

VERKKOTEORIAN ALKEITA. Martti E. Pesonen

Tehtävä 8 : 1. Tehtävä 8 : 2

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

Ratkaisu. Tulkitaan de Bruijnin jonon etsimiseksi aakkostossa S := {0, 1} sanapituudelle n = 4. Neljän pituisia sanoja on N = 2 n = 16 kpl.

MS-A0401 Diskreetin matematiikan perusteet

Suunnatut, etumerkilliset ja arvotetut graafit Sosiaalisten verkostojen analysoinnin näkökulmalla

10. Painotetut graafit

Tietojenkäsittelytieteen ja tilastotieteen matematiikkaa 1/137

VERKOT. SUHTEIKOT JA VERKOT 1. Johdanto Pisteiden asteet Yhtenäisyys Kulku suhteikossa Hamiltonin kulut...

Tasograafit ja väritykset


Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 3 (9 sivua) OT

Sisätuloavaruudet. 4. lokakuuta 2006

Kaikki kurssin laskuharjoitukset pidetään Exactumin salissa C123. Malliratkaisut tulevat nettiin kurssisivulle.

v 8 v 9 v 5 C v 3 v 4

Luku 7. Verkkoalgoritmit. 7.1 Määritelmiä

Jaollisuus kymmenjärjestelmässä

Tasograafit ja väritykset

9. Graafit Graafin abstrakti tietotyyppi

Kokonaislukukapasiteetti. Max-Flow Min-Cut

V. V. Vazirani: Approximation Algorithms, luvut 3-4 Matti Kääriäinen

Eulerin verkkojen karakterisointi

TIETOTEKNIIKAN MATEMATIIKKA

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 2 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

A = a b B = c d. d e f. g h i determinantti on det(c) = a(ei fh) b(di fg) + c(dh eg). Matriisin determinanttia voi merkitä myös pystyviivojen avulla:

Näytetään nyt relaatioon liittyvien ekvivalenssiluokkien olevan verkon G lohkojen särmäjoukkoja. Olkoon siis f verkon G jokin särmä.

Kiinalaisen postimiehen ongelma

Tehtävä 10 : 1. Tehtävä 10 : 2

1 Lukujen jaollisuudesta

Johdatus graafiteoriaan

Algoritmi on periaatteellisella tasolla seuraava:

Ortogonaaliprojektio äärellisulotteiselle aliavaruudelle

811312A Tietorakenteet ja algoritmit, , Harjoitus 6, Ratkaisu

Luku 5. Löwenheimin ja Skolemin lause. kompaktisuuslause. Tässä luvussa tutustumme tärkeimpiin täydellisyyslauseen (ja sen todistuksen) seurauksiin.

10. Painotetut graafit

Yhtäpitävyys. Aikaisemmin osoitettiin, että n on parillinen (oletus) n 2 on parillinen (väite).

(1) refleksiivinen, (2) symmetrinen ja (3) transitiivinen.

Sosiaalisten verkostojen datan notaatio. Notation for Social Network Data

Äärellisten mallien teoria

Matikkapaja keskiviikkoisin klo Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/210

Kenguru 2017 Cadet (8. ja 9. luokka)

Matematiikassa ja muuallakin joudutaan usein tekemisiin sellaisten relaatioiden kanssa, joiden lakina on tietyn ominaisuuden samuus.

T : Max-flow / min-cut -ongelmat

Algoritmit 1. Luento 9 Ti Timo Männikkö

Tehtävä 4 : 2. b a+1 (mod 3)

Kuva 1: Funktion f tasa-arvokäyriä. Ratkaisu. Suurin kasvunopeus on gradientin suuntaan. 6x 0,2

Liite: Verkot. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 1

d ) m d (I n ) = 2 d n d. Koska tämä pätee kaikilla

Koodausteoria, Kesä 2014

Kanta ja dimensio 1 / 23

3x + y + 2z = 5 e) 2x + 3y 2z = 3 x 2y + 4z = 1. x + y 2z + u + 3v = 1 b) 2x y + 2z + 2u + 6v = 2 3x + 2y 4z 3u 9v = 3. { 2x y = k 4x + 2y = h

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Yhteenveto, osa I

6 Vektoriavaruus R n. 6.1 Lineaarikombinaatio

Määritelmä Olkoon T i L (V i, W i ), 1 i m. Yksikäsitteisen lineaarikuvauksen h L (V 1 V 2 V m, W 1 W 2 W m )

6. Tekijäryhmät ja aliryhmät

Avaruuden R n aliavaruus

Johdatus verkkoteoriaan luento Netspace

Graafit ja verkot. Joukko solmuja ja joukko järjestämättömiä solmupareja. eli haaroja. Joukko solmuja ja joukko järjestettyjä solmupareja eli kaaria

Paikkatiedon käsittely 4. Diskreettiä geometriaa

Symmetrisistä ryhmistä symmetriaryhmiin

Transversaalit ja hajoamisaliryhmät

8. Kieliopit ja kielet

Transkriptio:

Pisteet ja viivat Josuv on viiva, niin pisteetujav ovat viivanuv päätepisteet (endpoints) ja u jav ovat vierekkäisiä eli vieruspisteitä (neighbours, adjacent points). Piste on irtopiste (isolated point) jos sillä ei ole vieruspisteitä. Viivate 1 jae 2 ovat vierekkäiset, jos niillä on yhteinen päätepiste. 1 / 30 Multigraafi Multigraafi: Kahden pisteen välillä sallitaan yhtä useampi viiva ja viivan päätepisteet voivat olla samat Multigraafissa muotoa uu olevia viivoja Useita viivoja kahden eri pisteen välillä. Jokainen graafi on myös multigraafi. 2 / 30 1

Graafin 2. määrittely Toinen määrittely: Graafi Yksinkertainen graafi (=Simple graph) Multigraafi Graafi 3 / 30 Suunnattu graafi Suunnattu graafi (Directed graph, Digraph)D = (V,E) on järjestetty pari, missäv on äärellinen joukko ja E V V.Lisäksi aina kun(u,v) E, onu v. Suunnatussa graafissa on viivauv vu, kunujav ovat eri pisteet. 4 / 30 2

Esimerkki suunnatusta graafista a c b d 5 / 30 Väritys ja etäisyys Funktioα : V G K on pisteiden väritys (vertex colouring)joukonk väreillä. Funktioα : E G K on viivojen väritys (edge colouring) joukonk väreillä. YleensäK = {1,2,...,k}. JosK R, niinα:aa kutsutaan myös paino- tai etäisyysfunktioksi. 6 / 30 3

Graafien isomorfia Kaksi graafiagjah ovat isomorfiset, merkitääng = H, jos on olemassa bijektioα : V G V H, jolleuv E G jos ja vain josα(u)α(v) E H aina kunu,v V G. SiisGjaH ovat pisteiden nimeämistä vaille yksinkäsitteisiä. 7 / 30 Esimerkki 8 / 30 4

Lukumääriä Graafien ja ei-isomorfisten graafien lukumääriä: Pisteitä 1 2 3 4 5 6 7 9 Graafeja 1 2 8 64 1 024 32 768 2 097 152 2 36 Ei-isomorfisia 1 2 4 11 34 156 1 044 27 668 9 / 30 Vieruspistematriisi Graafi esitetään tietokoneessa useimmiten matriisin avulla. GraafinG = (V,E),V = {v 1,v 2,...,v n } vieruspistematriisi (adjacency matrix)onn nmatriisi M = (M ij ), missänong:n pisteiden lukumäärä ja { 0 v i v j / E, M ij = 1 v i v j E. Vieruspistematriisi on aina symmetrinen. Lause 9.1. Kaksi graafia ovat isomorfisia täsmälleen silloin kun niillä on yhteinen vieruspistematriisi. Kahdella isomorfisella graafilla on täsmälleen samat vieruspistematriisit. 10 / 30 5

Graafin aste GraafinG = (V,E) pisteenv naapurusto (neighbourhood) on joukko N G (v) = {u V vu E} Pisteenv aste (degree) graafissagdeg G (v) (lyhyemmindeg(v)) onv:n naapuruston pisteiden lukumäärä. deg G (v) = N G (v). Irtopiste:deg G (v) = 0 lehti, loppupiste (leaf, endpoint):deg G (v) = 1 11 / 30 Handshaking lemma Lause 9.2.(Euler 1736, Handshaking lemma): Jokaiselle graafille G = (V, E) on deg G (v) = 2 E v G elig:n pisteiden asteiden summa on kaksi kertaag:n viivojen lukumäärä. Lisäksi parittoman asteen omaavien pisteiden lukumäärä on aina parillinen Tod.... 12 / 30 6

Graafityyppejä Graafi on nollagraafi, jos se ei sisällä yhtään pistettä. Graafi on triviaali (trivial), jos se sisältää korkeintaan yhden pisteen. GraafiG = K V on täydellinen graafi pistejoukossav,jos se sisältää kaikki mahdolliset viivat eli jokainen piste on kaikkien muiden pisteiden vieruspiste. Kaikki täydellisetnpistettä sisältävät graafit ovat isomorfisia. Niitä merkitäänk n :llä. Selvästi E Kn = n(n 1) 2 E G n(n 1) 2 aina kungonn:n pisteen graafi,n 1. 13 / 30 Graafin komplementti GraafinGkomplementti (complement)on graafig, missä V G = V G jae G = {e E(V) e / E G }. Täydellisten graafien komplementteja K n kutsutaan erillisiksi graafeiksi (discrete graphs). 14 / 30 7

Säännöllinen graafi Graafi on säännöllinen (regular), jos jokaisella graafin pisteellä on sama aste. Jos tämä aste onr, niin graafia kutsutaan r-säännölliseksi (r-regular). Erillinen graafi on0-säännöllinen. K n onn 1-säännöllinen. 15 / 30 Petersenin graafi Petersenin graafi on3-säännöllinen. 16 / 30 8

Kaksijakoinen graafi Kaksijakoinen(bipartite) graafi G = (V, E): pistejoukollav on sellainen ositusx,y,että jokaisen viivanuv E toinen päätepiste on joukonx ja toinen päätepiste joukony piste. Silloin(X, Y) on graafin G kaksijako (bipartition of G) ja G on(x, Y)-kaksijakoinen ((X, Y)-bipartite). 17 / 30 Kaksijakoiset graafit 2 Kaksijakoinen graafi G = (V, E) on täydellinen(m, k)-kaksijakoinen graafi (complete(m, k)-bipartite graph), jos X = m, Y = k jauv E aina kunu X jav Y. Kaikki täydelliset(m,k)-kaksijakoiset graafit ovat isomorfisia keskenään. Merkitään niitä K m,k :lla Graafi on täydellinen kaksijakoinen graafi, jos se on täydellinen(m,k)-kaksijakoinen graafi jollain luvuillam,k. GraafiK 1,n on tähti (star). 18 / 30 9

Aligraafit 19 / 30 Määritelmiä Määritelmä. GraafiH = (V H,E H ) on graafing = (V G,E G ) aligraafi (subgraph), josv H V G jae H E G. Silloin merkitäänh G. JosH G jav H = V G, niinh ong:n virittävä aligraafi (spanning subgraph). Viivojen osajoukkof E G muodostaa yksikäsitteisen graafingvirittävän aligraafin G[F] = (V G,F). 20 / 30 Indusoitu aligraafi JosH G jae H = E G E(V H ) (elih sisältää kaikkig:n viivat, joiden molemmat päätepisteet ovatv H :n pisteitä), niinh on pistejoukonv H indusoimag:n aligraafi (induced subgraph). PistejoukollaA V G on olemassa yksikäsitteineng:stä indusoitu aligraafi G[A] = (A,E G E(A)). 21 / 30 10

9.2. Polut ja piirit. Graafin yhtenäisyys 22 / 30 Polut Sovelluksissa usein oleellista: Pisteiden läpikäyminen (esimerkiksi etsintäalgoritmit) Pisteiden välinen etäisyys (esimerkiksi sähköpostin kulkemien solmukoneiden lukumäärä) 23 / 30 Kulku Olkoote i = u i u i+1 E G graafingviivoja aina kuni = 1,2,...,k. Viivate i jae i+1 ovat vierekkäisiä, sillä niillä on yhteinen päätepisteu i+1. JonoW = e 1 e 2 e k onk:n pituinen kulku (walk) pisteestäu 1 pisteeseenu k+1 Kulusta käytetään myös merkintöjä W : u 1 u 2 u k u k+1, k jaw : u 1 u 2 u k+1 sekäw : u 1 uk+1. u 1 uk+1 : On olemassa kulku pisteestäu 1 pisteeseenu k+1. W : u 1 uk+1 tarkoittaa aina tiettyä kulkuaw = e 1 e 2 e k. Kulun W pituutta merkitään W :llä. 24 / 30 11

Polku ja piiri KulkuW = e 1 e 2 e k (e i = u i u i+1 ) on a)suljettu (closed), josu 1 = u k+1, b)polku (path), josu i u j aina kuni j, c) reitti (trail),jose i e j aina kuni j, d) piiri (cycle), josu 1 = u k+1 ja muulloinu i u j aina kuni j, e)triviaali polku (trivial path), jos W = 0. 25 / 30 Esimerkki kuluista Kulku, joka ei ole reitti: g e d c b e d Kulku, joka ei ole polku: g e d c b e c 26 / 30 12

Esimerkki jatkoa: Polkujab d: b e d,b e c d b c d,b c e d b a f c d jab a f c e d. Piiri: b a f c b b a f c e d c b ei ole piiri 27 / 30 Käsitteitä KulunW : u = u 1 u 2 u k+1 = v käänteiskulku (inverse of W) on kulku W 1 : v = u k+1 u k u 1 = u. Pisteuon kulunp päätepiste (end ofp ), josp alkaa tai päättyy pisteeseenu. PolutP jaqovat erilliset (disjoint), jos niillä ei ole yhteisiä pisteitä (eikä siis myöskään yhteisiä viivoja) ja riippumattomat (independent), jos vain niiden päätepisteet ovat samat. 28 / 30 13

Käsitteitä 2 PolunP käänteispolkup 1 on polku. Kahden polun yhdiste ei välttämättä ole polku. Graafi (tai aligraafi)p k on graafi joka muodostuuk 1:sen pituisesta polusta (k 1viivaa,k pistettä). Graafi (tai aligraafi)c k onk:n pituinen piiri. Josk on parillinen, niin polkuap k (piiriäc k ) kutsutaan parilliseksi poluksi (parilliseksi piiriksi). Josk on pariton, niinp k (vastaavastic k ) on pariton polku (piiri). 29 / 30 Lause 9.3. Lause 9.3. Aina kunw : u v on kulku jau v, niin on olemassa polkup : u v, joka on saatuw :stä poistamalla siitä pisteitä ja viivoja. Tod.... 30 / 30 14