一个图(一般记作 )由两类元素构成,分别称为“顶点”(或节点、结点)和“边”。每条边有两个顶点作为其端点,我们称这条边“连接”了它的两个端点。因此,边可定义为由两个顶点构成的集合(在有向图中为有序对,见下文“方向”一节)。
图也可以用其他模型来表示,如定义在顶点集合上的二元布尔函数,或者方形(0,1)-矩阵。
一个顶点一般表示为一个点或小圆圈。一个图 的顶点集(点集)一般记作 ,当不发生混淆时可简记为 。图 的阶为其顶点数目,亦即 || 。
一条边一般表示为连接其两个端点的曲线。以两个顶点 、 为端点的边一般记作 、 或 。一条边连接两个顶点u、v时,称u 与 v 相邻。图 的边集一般记作 ,当不发生混淆时可简记为 。
一个自环是两个端点为同一顶点的边。如果有多于一条边连接同一对顶点,则它们均被称为重边。一个图的重数是重复次数最多的边的重复次数。如果一个图不含自环或重边,则称为简单图。多数情况下,如无特殊说明,可以假定“图”总是指简单图。
顶点或边上有标号的图称为有标号的,否则为无标号的。它们的区别在于,无标号的图并没有为顶点或边指定一个特定的顺序。
图的标号一般指按某一规则为图的顶点或边指定一个标号。标号通常是自然数,且一般互不相同。
一个超边是允许连接任意多个(可以多于两个)顶点的“边”。含有超边的“图”称为超图。边可视为恰连接两个顶点的超边,因此图可视为一种特殊的超图。
图 的补图 是这样一的图,它的点集与 相同,而每条边 存在于 中当且仅当它不存在于 中。
空图或秃图是没有边的图。
如果一个图有无穷多的顶点和/或边,则称其为无穷的,否则为有穷的。如果一个图是无穷的,但每个顶点的度(见下)是有限的,则称为局部有穷的。一般假定“图”指有穷图。
两个图 和 ,如果存在 与 之间的一一对应,使得图 中两个顶点相连当且仅当它们在图 中的对应顶点相连,则称图 和 同构,记作 。类似地,如果仅仅是 到 的映射而不一定是一一对应,则称此映射是 到 的同态。
两个图 G 和 H ,如果 V(H) 是 V(G) 的子集且 E(H) 是 E(G) 的子集(当然, E(H) 中只能包含将 V(H) 中的顶点相连的边)则称 H 是 G 的子图。如果图 G 和 H不相等,即 V(H) 是 V(G) 的真子集或 E(H) 是 E(G) 的真子集,则称 H 是 G 的真子图。如果 H 是 G 的子图或者存在一个 G 的子图与 H 同构,则称 G 包含 H 。
如果图 G 的子图 H 满足 V(H)=V(G) ,即图 H 包含图 G 的所有顶点,则称 H 是 G 的支撑子图或生成子图。
如果图 G 的子图 H 满足边 (u,v) 在图 H 中当且仅当边 (u,v) 在图 G 中,即图 H 包含了图 G 中所有两个端点都在 V(H) 中的边,则称 H 是 G 的导出子图。
对于图的某个性质而言,如果图 G 具有此性质而 G 的任一真子图都不具有此性质,则称 G 是具有该性质的极小图。类似地,如果图 G 具有此性质而任一以 G 为真子图的图都不具有此性质,则称 G 是具有该性质的极大图。
路径(walk),又译作途径。一个长度为的路径是一个非空的顶点和边的交错序列,使得对于所有均有。特别的,当时,称这个路径是闭的(closed);当路径中的顶点互不相同,得到的一条路。 [1]
连通无圈图称为树,一般记为 T 。其中,度数为1的顶点称为叶子,否则称为内点。有时我们会从树中选出一个顶点作为特殊顶点,称之为根以示区分,此时称此树为有根树。有根树常作为有向无环图来处理。
树 T 的连通子图称为 T 的子树。
无环(不一定连通)图称为森林,森林 F 的子图称为 F 的子森林。
如果图 G 的一个生成子图是树,则称该子图为生成树。
星是仅有一个顶点不是叶子的树。星也可以表示为完全二分图 K1,n。
完全图是所有顶点两两相邻的图。 n 阶完全图,记作 Kn 。如图所示为 K5 。 n 阶完全图有 n(n-1)/2 条边。
图中的团是由图中两两相邻的顶点构成的集合。
若两个点之间有一条边,则这两个点相邻。关联一个点的边的条数称为是度数(degree)或价(valency)。特别的,若不是多重图时,它等于这一点的邻点个数。
一个顶点被称作孤立顶点,当它的度数为。
的最小度记为
的最大度记为
称为k-正则的,当的所有顶点都有相同的顶点度k。特别的,3-正则图被称作立方图。
称是连通的,如果非空图的任意两个顶点之间均有一条路相连。
称是k-连通的,如果非空图的任意两个顶点之间都有条独立路相连。k-连通的的另外一个定义是:若,且对任意满足的子集均有是连通的,则称是k-连通的。由Menger定理,易知这两个定义是等价的。通过k-连通的概念,定义使得是k-连通的最大整数称作的连通度。
类似的,还可以引入k-边连通的概念:称一个的图是k-边连通的,如果对任意一个满足的边的集合,均是连通的。同样,的边连通度是使得是k-边连通的最大整数。
距离是两个顶点之间经过最短路径的边的数目,通常用表示。
顶点的偏心率(eccentricity),用来表示连接图中的顶点到图中其它顶点之间的最大距离,用符号表示。
图的直径(diameter),表示取遍图的所有顶点,得到的偏心率的最大值,记作。相对于直径的一个概念是图的半径(radius),表示图的所有点的偏心率的最小值,记作。这两者间的关系是:
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