生成树计数与Matrix-Tree定理

本文介绍生成树的概念及其计数问题,并详细解释Matrix-Tree定理,包括度矩阵、邻接矩阵、Kirchhoff矩阵等概念,最后给出通过计算Kirchhoff矩阵的行列式来确定生成树数量的方法。

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生成树计数问题:

对于一个有n个点的无向图,由图中n-1条边构成一个边集,这n-1条边恰好连接图中全部的点并构成一棵树,称为生成树,求这样的边集的个数。

从上面的描述中,我们知道两个不同的生成树之间是允许有重复的边的,比如:
这里写图片描述
他就有三个生成树:
这里写图片描述

Matrix-Tree定理:

预备概念:

  • 度矩阵 :一个n个顶点的无向图G,定义它的度数矩阵D,D是一个n*n的矩阵。对于顶点u,设度数为deg[u],如果i=j,那么D[i][j]=deg[i],否则D[i][j]=0
  • 邻接矩阵:一个n个顶点的无向图G,定义它的邻接矩阵A,A是一个n*n的矩阵。如果i和j之间有边,那么A[i][j]=1,否则等于0
  • 关联矩阵:一个n个顶点m条边的无向图G,定义它的关联矩阵B,B是一个n*m的矩阵。对于第i条边e[i]=(u,v),那么B[u][i]和B[v][i]中一个是1,一个是-1,第i列其他值为0,那么我们有:
    这里写图片描述
    所以对于这里写图片描述
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