Цикломатическое число графа. Пространство циклов

Цикломатическим числом графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru называется число

Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru (6)

Это число обладает следующими свойствами:

1) Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru для любого графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

2) если Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – разложение графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru на компоненты связности, то Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

3) Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – лес.

Упражнение 3.18.Найти количество компонент связности леса, имеющего 18 вершин и 10 рёбер.

Решение. Пусть Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – данный граф. Так как Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – лес, то Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru По формуле (6) получаем: Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Отсюда Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Таким образом, Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru имеет 8 компонент связности.

Упражнение 3.19. Сколько рёбер может быть у графа, имеющего 12 вершин и состоящего из 3 компонент связности?

Решение. Наименьшее количество рёбер можно получить из неравенства Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Имеем: Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Отсюда Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Ровно 9 рёбер будет у графа, все компоненты связности которого являются деревьями: например, если одна из компонент – цепь из 9 вершин, а две другие – изолированные точки.

Найдём наибольшее значение Р. Начнём с общего рассуждения. Пусть, к примеру, граф Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru с Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru вершинами состоит из двух не соединяющихся между собой подграфов Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru и Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Если Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru и Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru то наибольшее число рёбер графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru равно Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru (это соответствует случаю, когда Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru и Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – полные графы. Так как Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru то наибольшее количество рёбер в Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru равно Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Это выражение является квадратичной функцией от Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru с положительным коэффициентом перед Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru поэтому наибольшее значение эта функция будет принимать при крайних значениях Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru т.е. когда Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru или Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Аналогичный результат получится и в случае, когда граф Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru разбивается на 3 или большее число частей. В нашем случае наибольшее число рёбер у графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru будет, когда одна компонента связности – полный граф с 10 вершинами, а две другие – изолированные точки. В этом случае число рёбер равно Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Таким образом, мы имеем: Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Покажем, что любое число из этого диапазона будет числом рёбер некоторого графа. Действительно, если одна компонента связности – цепь с 10 вершинами, а две другие – изолированные точки, то Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Возьмём эту цепь и будем добавлять к ней по одному ребру, пока не получится полный граф. Тогда количество рёбер будет принимать все значения 9, 10, …, 45.

Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru В этом разделе мы будем называть циклами как обычные циклы, так и объединения обычных циклов (иногда их называют “циклами” (в кавычках) или обобщёнными циклами). Сложение циклов осуществляется следующим образом: берём все рёбра, входящие в эти циклы, и удаляем общие рёбра (см. рис. 3.24).

Пусть дан граф Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Тогда все циклы (в широком смысле) этого графа будут образовывать линейное пространство Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru над полем Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru если рассматривать операцию сложения циклов и умножение на элементы поля Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

Определим теперь двоичную запись циклов графа. Пусть Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – граф и Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – все его рёбра. Тогда каждый цикл Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru представляется в виде строчки из 0 и 1 длины Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru где

Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

Нетрудно видеть, что сложение циклов при таком кодировании будет соответствовать покомпонентному сложению строк по модулю 2. Приведём пример. Пусть дан граф, изображённый на рисунке 3.25.

Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Рассмотрим его циклы Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Так как в графе 7 рёбер, то циклы будут записываться в виде двоичных последовательностей длины 7. Так как Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru состоит из рёбер Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru то в 1-й, 2-й и 3-й позициях будут стоять 1, а в остальных нули. Таким образом, Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Аналогично получаем: Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Сложим Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru и Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

что соответствует правилу сложения циклов.

Рассмотрим теперь линейное пространство Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru циклов графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Так как граф Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru конечный, то пространство Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru имеет конечный базис, т.е. совокупность циклов Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru которые обладают свойствами:

1) Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru линейно независимы;

2) любой цикл Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru данного графа является линейной комбинацией циклов Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru с коэффициентами 0 или 1:

Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

где Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Число Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru элементов базиса называется размерностью пространства Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru и обозначается Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Оказывается, что число Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru совпадает с цикломатическим числом графа.

Теорема.Пусть Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – граф и Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – его цикломатическое число. Тогда:

1) Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

2) в графе Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru существуют Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru рёбер Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru таких, удаление которых превращает Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru в лес, имеющий те же компоненты связности (по вершинам), что и граф Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

Для связного графа справедливо следующее утверждение.

Следствие. Если Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – связный граф и Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru то в графе Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru найдутся Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru рёбер Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru таких, что Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – дерево.

Дерево Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru называется остовным деревом графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Остовное дерево выбирается неоднозначно. Например, в графе на рисунке 25 Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – остовные деревья.

Приведём алгоритм построения базиса пространства Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru циклов графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Пусть Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

Если Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru то Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – лес, и искомый базис – пустое множество. Пусть Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Тогда в Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru есть хотя бы один непустой цикл. Обозначим его через Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Возьмём любое ребро из этого цикла: Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Удалим это ребро из графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Получим граф Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru У него Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Если Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru то Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – базис пространства Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Если Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru то находим в графе Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru цикл Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru его ребро Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru и т.д. В конце концов мы получим циклы Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru образующие базис пространства Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru и рёбра Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru удовлетворяющие требуемым условиям.

Упражнение 3.20. Построить базис пространства циклов графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

Решение. Граф Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru изображён на рисунке 5. Сделаем другой, более удобный рисунок 3.26.

Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru У этого графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru поэтому Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Следовательно, нам надо найти 4 базисных цикла. Проверим, что это будут циклы Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru В двоичной записи Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Составим из координат этих векторов матрицу

Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

Минор этой матрицы, составленный из элементов первых 4 столбцов, равен

Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

поэтому строки матрицы Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru линейно независимы. Это означает, что векторы Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru пространства Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru линейно независимы над полем Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru а так как размерность пространства Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru равна 4, то Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – его базис. Любой цикл является линейной комбинацией базисных. Например, если Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru то Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

Упражнение 3.21.Сколько всего циклов имеет граф Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru у которого Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru

Решение. Пусть Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru – пространство циклов. Тогда Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Таким образом, у графа Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru имеется 5 базисных циклов Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Все остальные циклы – линейные комбинации базисных с коэффициентами 0 или 1. Например, Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Общий вид циклов такой: Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru где Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Значит, всего циклов Цикломатическое число графа. Пространство циклов - student2.ru Среди них могут быть “ненастоящие” циклы, т.е. циклы, являющиеся объединениями простых циклов, и обязательно будет пустой цикл – цикл, у которого нет ни одного ребра.

Наши рекомендации