离散数学_十章-图 ( 4 ):图的表示和图的同构

10.4 图的表示和图的同构

  • 1. 图的表示
    • 1.1 邻接表
      • 1.1.1 简单图的邻接表
      • 1.1.2 有向图的邻接表
    • 1.2 邻接矩阵
    • ❗在邻接表和邻接矩阵之间取舍
    • 1.3 关联矩阵
  • 2. 图同构
  • 3. ⚡判断两个简单图是否同构

图的表示方式有很多种,选择最方便的表示有助于对图的处理~

有时,两个图具有完全相同的形式,从某种意义上就是两个图的顶点之间存在着一 一对应,这个对应保持边的对应关系。在这种情形下,就说这两个图是同构的。

1. 图的表示

1.1 邻接表

表示不带多重边的图的一种方式是列出这个图的所有边。

另一种表示不带多重边的图的方式是邻接表,它给出了与图中每个顶点相邻的顶点。

注意,终点的个数 = 起点的出度数

1.1.1 简单图的邻接表

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1.1.2 有向图的邻接表

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1.2 邻接矩阵

假设图 G = (V, E) 是一个简单图,其中 |V| = n( 顶点集元素的个数(顶点的个数)为n ) 假设把G 的顶点任意排列成 v1, v2, … , vn。G 的邻接矩阵 A(或AG) 是一个n × n 的 0-1矩阵,它满足这样的性质:当 vi 和 vj 相邻时第( i, j )项是1,否则为0

若邻接矩阵是AG = [ aij ],则离散数学_十章-图 ( 4 ):图的表示和图的同构_第3张图片
注意!
邻接矩阵外面是方括号“ [ ] ”,不可写成“ | | ”(这样就是行列式了)

例题1:
用邻接矩阵表示图3所示的图。
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解:
把顶点排列成a, b, c, d,表示这个图的矩阵是:
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例题2:

画出具有顶点顺序a,b,c,d的邻接矩阵的图
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解:
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无向图 ⇒ 邻接矩阵对称
邻接矩阵对称 ⇏ 无向图

无向图的邻接矩阵一定是对称的,而有向图的邻接矩阵不一定对称

❗在邻接表和邻接矩阵之间取舍

当一个简单图包含的边相对较少,即该图是一个稀疏图时,通常邻接表比邻接矩阵更适合表示它

需要注意的是,稀疏图的邻接矩阵是稀疏矩阵,即矩阵中只有少量元素不为0。(有专门的技术表示和处理稀疏矩阵

稀疏矩阵可以用邻接表,稠密矩阵可以用邻接矩阵表示

1.3 关联矩阵

表示图的另一种常用方式是用关联矩阵

设G = (V,E)是无向图。设 v1, v2, … , vn 是的图G的顶点,而e1,e2,…,em 是该图的边。相对于V和E的这个顺序的关联矩阵是n×m的矩阵M=[mij],

其中离散数学_十章-图 ( 4 ):图的表示和图的同构_第8张图片
任意一列有且仅有两个1(简单图)
每行" 1 "的个数 = 该行对应点的度

例题1:
用关联矩阵表示图6所示的图
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解:

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例题2:
用关联矩阵表示图7所示的伪图:
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解:

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2. 图同构

图的同构 类似于 “相似”

定义:简单图G1 = (V1, E1) 和 G2 = (V2, E2) 是简单图,若存在一对一的映上的从 V1到 V2的函数 f ,且 f 具有这样的性质:对 V1 中所有的a和b来说, a和b在 G1 相邻当且仅当 f(a) 和 f (b) 在 G2 中相邻,则称 G1 和 G2 是同构的。 这样的函数 f 称为同构

两个不同构的简单图称为非同构的

当两个简单图同构时,两个图的顶点之间具有保持相邻关系的一 一对应。所以,图的同构是一个等价关系。

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3. ⚡判断两个简单图是否同构

证明两个图不同构并不困难。如果能找到某个属性,两个图中只有一个图具有这个属性,但该属性应该在同构时保持,就可以说这两个图不同构。

这种在图的同构中保持的属性称为图形不变量。比如同构的简单图必须有相同顶点数、相同边数,对应顶点的度相同,邻接矩阵相同。

① 顶点个数、对应顶点的度、边数相等

② 回路中顶点个数相等

③ 图G中顶点w、v相邻 iff 在图H中 f(w) 、f(v)相邻

例题1:
判定图 G 和 H 是否同构。

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解:

G的邻接矩阵:
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H的邻接矩阵:

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因为AG=AH,所以 f 是同构的 → G 和 H 是同构的

!!!( 考试时,越长得像的越不是同构 )

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