67600

Связность. Компоненты связности

Лекция

Математика и математический анализ

Компоненты связности Определения. Компонентой связности графа G сильной связности орграфа D наз. Матрицы достижимости и связности Пусть D матрица смежности ориентированного псевдографа D=VX или псевдографа G=VX где V={v1 vn}. Тогда отношение эквивалентности...

Русский

2014-09-12

135 KB

11 чел.

Лекция 9

Связность. Компоненты связности  

Определения.

Подграфом графа G  называется граф, все вершины и ребра которого содержатся среди вершин и ребер графа G. (Для орграфа то же).

Подграф наз. собственным, если он отличен от самого графа.

Говорят, что вершина w орграфа D (графа G) достижима из верш. v, если либо w=v, либо существует путь (маршрут) из v в w.

Граф (орграф) наз связным (сильно связным), если для любых двух его вершин v, w существует маршрут (путь), соединяющий v и w.

Орграф наз односторонне связным, если для любых двух его вершин по крайней мере одна достижима из другой.

Псевдографом, ассоциированным с ориентированным псевдографом D=(V,X) наз. псевдограф G=(V,X0), в котором X0 получается из X заменой всех упорядоченных пар (v,w) на неупорядоченные {v,w}.

Орграф наз слабо связным, если связным является ассоциированный с ним псевдограф.

Если граф (орграф) не является связным (слабо связным), то он наз. несвязным.

Компонентой связности графа G (сильной связности орграфа D) наз. его связный (сильно связный) подграф, не являющийся собственным подграфом никакого другого связного (сильно связного) подграфа графа G (орграфа D).

Примеры.

Матрицы достижимости и связности

Пусть A(D) – матрица смежности ориентированного псевдографа D=(V,X) (или псевдографа G=(V,X)), где V={v1,…, vn}. Обозначим через Ak=[a(k)ij] k-ю степень матрицы смежности A(D).

Утверждение. Элемент a(k)ij матрицы Ak ориентированного псевдографа D=(V,X) (псевдографа G=(V,X)) равен числу всех путей (маршрутов) длины k из vi в vj.

Д-во

Для k=1 очевидно в силу построения матрицы A(D).

Пусть это справедливо для n=k-1. Т.е. в матрице Ak-1 в i-той строке на l-том месте стоит число, означающее кол-во маршрутов из vi в vl длины k1. Столбец под номером j матрицы A содержит числа, означающие кол-во дуг (ребер) из vl в vj (l-номер строки). Тогда скалярное произведение i-той строки матрицы Ak-1 на j-тый столбец матрицы A равен сумме произведений. Каждое произведение означает кол-во путей из vi в vj, проходящих через vl на предпоследнем шаге. В сумме получается общее кол-во.

Утверждение. Для того, чтобы n-вершинный орграф D с матрицей смежности A=A(D) имел хотя бы один контур, чтобы матрица K=A2+A3+… An имела ненулевые диагональные элементы (следствие предыдущего).

Пусть -отношение достижимости на множестве V всех вершин (неориентированного) графа G. (либо v=w, либо маршрут, соединяющий v и w).

Тогда

  1.  -отношение эквивалентности;
  2.  vw  вершины v,w принадлежат одной компоненте связности;
  3.  для класса эквивалентности V1 псевдограф G1, порожденный множеством V1, является компонентой связности псевдографа G.

Для орграфа.

Пусть 1-отношение достижимости на множестве V всех вершин ориентированного псевдографа D. Пусть 2-отношение двусторонней достижимости на множестве V. (2=11-1). Тогда

  1.  1 - рефлексивно, транзитивно;
  2.  2 – эквивалентность на V;
  3.  v2w  когда вершины v,w  одной компоненте сильной связности;
  4.  для класса эквивалентности V1 ориент. псевдограф D1, порожденный множеством V1, является компонентой связности ор. псевдографа G.

Число компонент сильной связности орграфа D обозначается P(D). (для неор. - P(G).

Определение. Под операцией удаления вершины из графа (орграфа) будем понимать операцию, заключающуюся в удалении некоторой вершины вместе с с инцидентными ей ребрами (дугами).

Определение. Вершина графа, удаление которой увеличивает число компонент связности, называется точкой сочленения.

Пример.

Утверждение. Если D' – орграф, полученный в результате удаления нескольких вершин из орграфа D, то матрица смежности A(D') получается из матрицы смежности A(D) в результате удаления строк и столбцов, соответствующих удаленным вершинам. (Для неор. графа то же самое).

Определение. Матрицей достижимости орграфа D называется квадратная матрица T(D)=[tij] порядка n, элементы которой равны

Определение. Матрицей сильной связности орграфа D называется квадратная матрица S(D)=[sij] порядка n, элементы которой равны

Определение. Матрицей связности графа G называется квадратная матрица S(G)=[sij] порядка n, элементы которой равны

Утверждение. Пусть G=(V,X) – граф, V={v1,…, vn}, A(G) – его матрица смежности. Тогда

S(G)=sign[E+A+A2+A3+… An-1] (E- единичная матрица порядка n).

(Следует из предыдущего).

Утверждение. Пусть D=(V,X) – орграф, V={v1,…, vn}, A(D) – его матрица смежности. Тогда

  1.  T(D)=sign[E+A+A2+A3+… An-1],
  2.  S(D)=T(D)TT(D)  (TT-транспонированная матрица, - поэлементное умножение).

Алгоритм выделения компонент сильной связности.

1. Присваиваем p=1, S1=S(D).

2. Включаем в множество вершин Vp компоненты сильной связности Dp=(Vp,Xp) вершины, соответствующие единицам первой строки матрицы Sp. В качестве матрицы A(Dp) возьмем подматрицу матрицы A(D), состоящую из элементов матрицы A, находящихся на пересечении строк и столбцов, соответствующих вершинам из Vp.

3. Вычеркиваем из Sp строки и столбцы, соответствующие вершинам из Vp. Если не остается ни одной строки (и столбца), то p- кол-во компонент сильной связности. В противном случае обозначим оставшуюся после вычеркивания срок и столбцов матрицу Sp+1, присваиваем p:=p+1 и переходим к п. 2.

Пример.

,

,

,

,

T(D)=sign[E+A+A2+A3+A4]=,

S(D)=TTT=.

Выделение компонент (сильной) связности.

1. p=1,

2. V1={v1, v3, v5},   

D1

3. ,

2'. V2={v2 },   

D2

3'. ,

2''. V3={v4 },

D3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8504. Философские основы китайской медицины. Китайская медицина 273.5 KB
  Китайская медицина. Философские основы китайской медицины. Основной подход: Западная медицина Использование фармакологических препаратов - чужеродных для организма химических веществ. Каждое их применение порождает новые проблемы, т.к. безвредн...
8505. Китайская медицина и зубоврачевание в Тебете, Японии, в арабских государствах 86.5 KB
  Китайская медицина и зубоврачевание в Тебете, Японии, в арабских государствах Вопросы по китайской стоматологии: Великий китайский шёлковый путь (общение с соседними государствами, обмен медицинским опытом) Марко Поло его путешествие Ки...
8506. Китайская мифология 45.5 KB
  Китайская мифология. Черты: комплекс из древнекитайской, даосской, буддийской и позднее народной мифологии мифология Китая существует в виде отдельных фрагментов в : -Шицзин -Шуцзин -И-цзин -Чжуан-цзы -Критические суждения (автор Вань...
8507. Китайско-конфуцианская цивилизация 72 KB
  Китайско-конфуцианская цивилизация Китайская цивилизация - одна из старейших в мире. По утверждениям китайских учёных, её возраст может составлять пять тысяч лет, при этом имеющиеся письменные источники покрывают период не менее 3500 лет. Налич...
8508. Господарський розвиток та економічна думка на етапі становлення Східної та Західної цивілізацій ( УІІІст до н.е.-У ст н.е.) 171 KB
  Господарський розвиток та економічна думка на етапі становлення Східної та Західної цивілізацій (УІІІст до н.е.-У ст н.е.) Осьовий час формування світових цивілізацій. Східна цивілізація та її характеристика в осьовий ...
8509. История философии. Особенности становления философии в Китае, Индии, Греции 84.5 KB
  История философии Раздел история философии в значительной степени перекликается с философией истории. История философии - это попытка осмысления объективного процесса развития философии от ее рождения до наших дней. Философия - важная составная част...
8510. Роль Семьи в Древнем Китае 336 KB
  Роль Семьи в Древнем Китае Введение Цель данной работы - всесторонне изучить семью Древнего Китая (12 - 6 вв. до н.э.) по данным источников. Для выполнения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи: 1) Охарактеризовать ...
8511. Китайский язык. Начальный уровень 1.11 MB
  Китайский язык. Начальный уровень. Учебно-методический комплекс Часть 1 Новосибирск 2010 Фонетика. Структура слога в китайском языке, как видно из схемы, представляет собой сочетание трех компонентов: финали, инициали и тона...
8512. Культура Китая и Японии 29.5 KB
  Культура Китая Древнекитайская культура создана китайским народом в условиях относительной изоляции. Формирование своеобразия китайской культуры в значительной степени определялось иероглифической письменностью. Ее основной принцип - связ...