离散数学 - 图论(3)-图的矩阵表示

本文探讨了图论中图的矩阵表示方法,包括邻接矩阵及其转置、可达性矩阵、路径计数等概念。介绍了如何通过矩阵运算判断图的连通性和计算不同路径数量。

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图论(3)-图的矩阵表示

  • 设G=是有向图, 其中V={v1,v2,…,vnv_1 ,v_2 ,…,v_nv1,v2,,vn}, 并假定各结点已经有了从v1v_1v1vn的次序。定义一个n×n的矩阵∗∗A∗∗,其中各元素v_n的次序。定义一个n×n的矩阵**A**, 其中各元素vnn×nA,a_{ij}$为
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  • 图的表示矩阵的转置表示各边反向后得到的图

  • AATAA^TAAT的元素的意义:
    从结点viv_ivivjv_jvj两者引出的边, 如果能共同终止于 一些结点, 则这些终止结点的数目就是bijb_{ij}bij的值; 特别, i=j时, 对角线上的元素bii就是结点vi的引出次数。

  • ATAA^TAATA的元素的意义:
    从一些结点引出的边,如果同时终止于viv_ivivjv_jvj, 则这样的结点数目就是bijb_{ij}bij的值。特别,对角线上元素的值是 各结点的引入次数。

  • AnA^nAn的元素的意义:
    AnA^nAn的元素aij(n)a^{(n)}_{ij}aij(n) 是从viv_ivivjv_jvj的长度为n的不同路径的数目

  • Br=A+A2+A3+…+ArB_r =A+A^2+A^3+…+A^rBr=A+A2+A3++Ar的元素 bijb_{ij}bij 的意义。

  • 基本路径长度不超过n-1, 基本回路长度不超过n,因此仅需 考察,
    Bn−1=A+A2+A3+…+An−1B_{n-1} =A+A^2+A^3+…+A^{n-1}Bn1=A+A2+A3++An1

    Bn=A+A2+A3+…+AnB_{n} =A+A^2+A^3+…+A^{n}Bn=A+A2+A3++An
    在这里插入图片描述

  • 利用矩阵判断图的连通性的方法:

    1. 无向连通图:可达性矩阵P中除主对角线外全为1,对角线上的元素可能为1也可能为0;
    2. 强连通图:可达性矩阵P中除主对角线外全为1,对角线 上的元素可能为1也可能为0;
    3. 单向连通图:令P′=P∨PTP'=P \vee P_TP=PPT , 则P’除主对角线外全为1, 对角 线上的元素可能为1也可能为0;
    4. 弱连通图:若图的邻接矩阵为A, 令A′=A∨ATA'=A\vee A_TA=AAT , 则A’对应的无向图的可达性矩阵除对角线外全为1。
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