background image

 

Liczba dróg pomi dzy wierzchołkami
 
Je eli 

M jest macierz  grafu G (macierz  s siedztwa) to element 

]

,

j

i

M

 tej macierzy 

reprezentuje  liczb   kraw dzi  wychodz cych  z  wierzchołka  i  do  wierzchołka  j.  Ta 
liczba kraw dzi jest zarazem liczb  dróg o 

długo ci 1 od wierzchołka v

1

 do 

v

2

 
Przykład 

4

 
Rozwa my  graf z Rysunku 

4. Jego macierz 

s siedztwa ma posta :  

 
Łatwo zauwa y ,  e drogami o długo ci 2 z 
wierzchołka 

v

1

  do  wierzchołka 

v

2

  s   drogi 

ab,  ac,  bd,  be,  cd,  ce  i  hj.  Jest  ich  7.  W 
podobny  sposób  mo na  wyznaczy   liczb  
dróg  o  długo ci  n  pomi dzy  wybranymi 
wierzchołkami.  
Metoda  zliczania  „na  wprost”  jest  jednak  mudna  i  łatwo  o  bł dy,  szczególnie  gdy 
analizujemy grafy o du ej liczbie w złów i kraw dzi.  
Zauwa my,  e np. ka da droga o długo ci 2 z wierzchołka 

v

1

 do 

v

2

 w mi dzyczasie 

przechodzi przez wierzchołki 

v

1

v

2

v

3

 oraz 

v

4

. Tak wi c mo emy policzy  drogi z v1 

do 

v

1

  przechodz ce  przez 

v

1

,  przez 

v

2

  itd.  a  nast pnie  je  doda .  Je li  np.  chcemy 

policzy   drogi  maj ce  ci g  wierzchołków 

v

1

v

2

v

1

,  zliczamy  kraw dzie  z 

v

1

  do 

v

1

 

(p tle)  i  kraw dzie  z 

v

1

  do 

v

2

  i  otrzymane  liczby  mno ymy  przez  siebie: 

2

2

1

=

Tymi drogami s

 ab i ac. Liczby, które mno ymy, tzn. M[1,1] i M[1,2] s  wzi te z 

macierzy M. Podobnie jest z drogami maj cymi ci g wierzchołków 

v

1

v

2

v

2

. Zliczamy 

kraw dzie od  

v

1

 do 

v

2

 oraz od 

v

2

 do 

v

2

 a nast pnie te liczby mno ymy przez siebie: 

4

2

2

]

2

,

2

[

]

2

,

1

[

=

=

⋅ M

M

.  Tymi  drogami  s :  bd,  be,  cd  oraz  ce.  Liczba  wszystkich 

dróg od  

v

1

 do 

v

2

 o długo ci 2 wynosi: 

=

0

0

1

0

1

0

0

1

0

0

2

0

1

1

2

1

M

 

 

d

f

g

h

k

j

v

3

 

v

v

v

b

Rysunek 4 

background image

 

.

7

1

0

4

2

]

2

,

4

[

]

4

,

1

[

]

2

,

3

[

]

3

,

1

[

]

2

,

2

[

]

2

,

1

[

]

1

,

1

[

]

1

,

1

[

=

+

+

+

=

+

+

+

M

M

M

M

M

M

M

M

Liczba, któr  otrzymali my jest elementem [1,2] macierzy M

2

. Wyraz 

]

,

[

2

j

i

M

 jest 

liczb  dróg od  

v

i

 do 

v

j

 o długo ci k 

 
 

Ogólnie: 

=

]

,

j

i

M

k

 liczba dróg 

v

i

 do 

v

j

 o długo ci 

k.  

 
 
Dla grafu z Rysunku 4 mamy: 

 
Czyli, np. jest 3 drogi długo ci 3 od 

v

3

 do 

v

.  

 
Znajomo  liczby dróg ró nej długo ci dla danego grafu jest wa na gdy analizujemy 
relacj  osi galno ci w zbiorze V(G) wierzchołków grafu G.  
 
 

Dwa 

wierzchołki  v,  w  s   osi galne  je li  istnieje  w  G  droga  od  v  do  w 

długo ci co najmniej 1.  

 

 
Np. dla grafu z Rys. 4 wida ,  e chocia  nie ma kraw dzi od 

v

3

 do 

v

2

,

0

]

2

,

3

[

=

M

 to 

jednak  

,

3

]

2

,

3

[

2

=

M

a zatem istniej  3 drogi o długo ci 2 od 

v

3

 do 

v

2

, i wierzchołki te 

s  w relacji osi galno ci.  
 
 
 
 
 
 

,

0

0

2

0

1

1

3

1

0

0

4

0

2

1

7

2

2

=

M

background image

 

Izomorfizm grafów. 
 
Cz sto  zdarza  si ,  e  dwa  grafy  s   „wła ciwie  takie  same”,  pomimo,  e  ró ni   si  
nazwami  wierzchołków  i  kraw dzi.  Wa nym  jest  czy  podobie stwo  jest  tylko 
wizualne czy te  strukturalnie dwa grafy s  identyczne. 
 
Ogólnie  dwa  zbiory  wyposa one  w  pewne  struktury  matematyczne  nazywamy 
izomorficznymi,  je li  istnieje  przekształcenie  wzajemnie  jednoznaczne  pomi dzy 
tymi zbiorami zachowuj ce ich struktury.  
 
Izomorfizmem grafu G na graf H nazywamy przekształcenie wzajemnie jednoznaczne 

)

(

)

(

:

H

V

G

V

α

takie,  e 

}

,

w

u

jest  kraw dzi   grafu  G  wtedy  i  tylko  wtedy,  gdy 

)}

(

),

(

{

w

u

α

α

jest kraw dzi  w grafie H. Zapisujemy to jako 

.

H

G

 

 
Uwaga: 

powy sze  okre lenie  jest  poprawne  dla  grafów  bez  kraw dzi 

wielokrotnych. Je li graf ma jednak kraw dzie wielokrotne to sytuacja si  komplikuje 
w  tym  sensie,  e  wymagana  jest  jeszcze  wzajemna  jednoznaczno   dodatkowego 
przekształcenia 

)

(

)

(

:

H

E

G

E

β

 pomi dzy zbiorami kraw dzi grafów.  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
Czy grafy przedstawione na Rys. 5 s  izomorficzne? 
 
Istniej  pewne cechy grafów, zwane 

niezmiennikami izomorfizmu, które pozwalaj  

oceni  czy dwa grafy s  to same w sensie strukturalnym.  
Przykładami niezmienników izomorfizmu grafów s  liczby: wierzchołków, kraw dzi, 
p tli czy liczba dróg prostych o danej długo ci.  

Rysunek 5

background image

 

Innym przydatnym niezmiennikiem jest 

stopie  wierzchołka.  

 
Stopie   wierzchołka,  oznaczany  jako  deg(w),  jest  to  liczba  dwuwierzchołkowych 
kraw dzi  z 

w  jako  jednym  z  wierzchołków,  plus  podwojona  liczba  p tli  o 

wierzchołku 

w.  

 
 
Na  przykład  wierzchołek  w  na  grafie  z 
Rysunku  6  ma  stopie   4,  gdy   s   dwie 
kraw dzie 

wychodz ce 

tego 

wierzchołka oraz jedna p tla,  

Natomiast wierzchołek v ma stopie  1: 

 
 

Niech 

)

(G

D

k

  oznacza  liczb   wierzchołków  stopnia  k  w  grafie  G. 

)

(G

D

k

  jest 

niezmiennikiem  izomorfizmu. 

Niezmiennikiem  jest  równie   ci g  liczb 

wierzchołków kolejnych stopni 

).

),

(

),

(

(

1

0

G

D

G

D

 

4

1

2

2

)

deg(

=

+

=

w

.

1

0

2

1

)

deg(

=

+

=

v

v

Rysunek 6