图论(3)子图,图运算,路与连通性

本文深入探讨图论的基本概念,包括子图、图运算、路径与连通性等核心主题。详细解析了子图类型、图的运算规则,以及路、圈与连通性的数学性质,适合初学者及进阶读者。

目录

一、子图相关概念

1.子图概念

2.点导出子图与边导出子图

点导出子图

边导出子图

3.图的生成子图

二、图运算

1.图的删点、删边运算

删点运算

删边运算

2.图的并运算

3.图的交运算

4.图的差运算

5.图的对称差运算或环和运算

6.图的联运算

7.图的积图

8.图的合成图

三、路与连通性

1.路与圈的相关概念

图中的途径

图中的迹

图中的路

2.连通性

图中两顶点的距离

两顶点的连通性

连通图与连通分支

图的直径

3.连通性性质

定理1 :若图G不连通,则其补图连通

4.偶图判定定理


一、子图相关概念

1.子图概念

         

         简而言之,只要是把一个图的非空部分提取出来,都是该图的子图。

2.点导出子图与边导出子图

点导出子图

          

       注意:只有两个端点都在定义的点集中的边才会被导出来。

边导出子图

          

3.图的生成子图

          

        注意:生成子图与原子图顶点数相同,这一点与导出子图略有差异哦

                   还需要注意,如例子中在求生成子图时,各个顶点已有编号,所以我们是不考虑同构的概念的。

    定理:简单图G=(n,m)的生成子图的个数为2^{m}.

         证明:

             

二、图运算

1.图的删点、删边运算

删点运算

              

              

删边运算

              

              

              删点之后,点和边数目都会变少,而删边之后,点的数目是不会变得!

2.图的并运算

              

              

### 连通的定义实现 连通图论中的一个重要概念,主要描述无向中任意两个顶点之间是否存在径[^1]。具体来说,在无向 \( G \) 中,如果从顶点 \( V \) 到顶点 \( V_1 \) 存在径,则称 \( V \) 和 \( V_1 \) 是连通的。如果对于中的任意两个顶点 \( V_i \) 和 \( V_j \),\( V_i \) 和 \( V_j \) 都是连通的,则该称为连通[^5]。 #### 连通的实现方法 在计算机科学中,可以通过邻接矩阵或邻接表等数据结构来表示,并利用深度优先搜索(DFS)或广度优先搜索(BFS)算法检测连通性[^3]。以下是一个使用邻接表和 BFS 实现检测连通的示例代码: ```python from collections import defaultdict, deque def is_connected(graph, num_vertices): visited = set() queue = deque([next(iter(graph))]) # Start from an arbitrary vertex while queue: vertex = queue.popleft() if vertex not in visited: visited.add(vertex) queue.extend(neighbor for neighbor in graph[vertex] if neighbor not in visited) return len(visited) == num_vertices # Example usage if __name__ == "__main__": # Define a sample graph using adjacency list graph = defaultdict(list) edges = [(1, 2), (2, 3), (3, 1), (4, 5)] # Add edges to the graph for u, v in edges: graph[u].append(v) graph[v].append(u) num_vertices = 5 # Total number of vertices in the graph print("Is the graph connected?", is_connected(graph, num_vertices)) ``` 上述代码通过 BFS 检测一个是否为连通。如果遍历后访问到的所有顶点数等于的总顶点数,则该是连通。 #### 连通的应用 连通的概念广泛应用于网络、通信、交通等领域。例如,在网络拓扑中,确保所有节点之间能够互相通信通常需要构建一个连通[^4]。 ### 注意事项 - 连通仅适用于无向。对于有向,应考虑强连通的概念[^1]。 - 在实际应用中,可能还需要计算的连通分量或块,以进一步分析的结构特性[^5]。
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