重点:1、有向图,无向图的定义,
2、图中顶点,边,关联与相邻,顶点度数等基本概念,
3、各顶点度数与边数的关系 及推论,
4、简单图,完全图,子图,补图的概念,
5、图的同构的定义。
图的基本概念
1、定义。
无序积 。
在无序积中, 。
无向图 ,其中 为顶点(结点)集, 为边集, , 中元素为无向边,简称边。
有向图 ,其中 为顶点(结点)集, 为边集, , 中元素为有向边,简称边。
有时, 泛指有向图或无向图。
2、图的表示法。
有向图,无向图的顶点都用小圆圈表示。
无向边 ——连接顶点 的线段。
有向边 ——以 为始点,以 为终点的有向线段。
例1、(1) 无向图 , ,
(2) 有向图 , ,
图形表示如下:
注:常用字母 表示边,如(1)中用 表示 , 表示 ,…,(2)中也可用 表示有向边 ,…。
3、相关概念。
(1)有限图—— 都是有限集的图。
阶图—— 的图。
零图—— 的图。特别,若又有 ,称平凡图。
(2)关联 (边与点关系)——设边 (或 ),则称 与 (或 )关联。
无环
孤立点——无边关联的点。
环——一条边关联的两个顶点重合,称此边为环 (即两顶点重合的边)。
悬挂点——只有一条边与其关联的点,所对应的边叫悬挂边。
(3)平行边——关联于同一对顶点的若干条边称为平行边。平行边的条数称为重数。
多重图——含有平行边的图。
简单图——不含平行边和环的图。
如例1的(1)中, 与 关联的次数均为 , 与 关联的次数为 ,边 都是相邻的, 为孤立点, 为悬挂点, 为悬挂边, 为环, 为平行边,重数 , 为多重图。
4、完全图
设 为 阶无向简单图,若 中每个顶点都与其余 个顶点相邻,则称 为 阶无向完全图,记作 。
若有向图 的任一对顶点 ,既有有向边 ,又有有向边 ,则称 为有向完全图。
例如:
1、顶点的度数 (简称度)。
无向图 , 的度数记 ,指与 相关联的边的条数。
有向图 , 的度数 ,其中 称出度,指以 为始点的边的条数, 称入度,指以 为终点的边的条数。
最大度
最小度
对有向图相应地还有最大出,入度,最小出,入度,分别记为 , , , 。
如例1的(2)中,
,
设 为图 的顶点集,称 为 的度数序列。
2、握手定理。
定理1:设图 为无向图或有向图, , ( 为边数),则 。
推论:任何图中,度为奇数的顶点个数为偶数。
定理2:设 为有向图, , ,则
。
例2、(1) , 能成为图的度数序列吗?为什么?
(2) 已知图 中有 条边, 个 度顶点,其余顶点的度数均小于 ,问 中至少有多少个顶点?为什么?
解:(1) 由于两个序列中,奇数的个数均为奇数,由握手定理的推论知,不能构成图的度数序列。
(2) 因 ,由握手定理知, 中各顶点度数之和为 , 个 度顶点占去 度,还剩 度,其余顶点的度可能为 ,若全为 度顶点,则还需 个顶点,所以 至少有 个顶点。
1、子图定义:设 , 是两个图,若 ,且 ,则称 是 的子图, 是 的母图,记作 。
真子图—— 且 (即 或 )。
生成子图—— 且 。
导出子图——非空 ,以 为顶点集,以两端均在 中的边的全体为边集的 的子图,称 的导出子图。
——非空 ,以 为边集,以 中边关联的顶点的全体为顶点集的 的子图,称 的导出子图。
例3、
上图中,(1)-(6)都是(1)的子图,其中(2)-(6)为真子图,(1)-(5)为生成子图。
2、补图定义。
设 为无向完全图, , 为无向简单图,其中 , ,则称 , 相对于 互为补图,记 , 。
如例3中,(1)为完全图 ,(2),(3)互为补图,(4),(5)互为补图。
定义:设两个无向图 , ,若存在双射函数 ,使得对于任意的 ,当且仅当 ,并且 与 重数相同,则称 与 同构,记作 。
例4、判断以下哪些图是同构。
上图中, , , ,
其中 ,顶点间 , , , , 。
,顶点间 , , , , , 。
但是(5),(6)不同构,因在(6)中存在 个彼此不相邻的顶点,而在(5)中找不到。
例5、(1) 画出 个顶点, 条边的所有非同构的无向简单图。
解:只有如下 个图:
(2) 画出 个顶点, 条边的所有非同构的有向简单图。
解:只有如下 个图: