X
تبلیغات
رایتل
زمان ثبت : یکشنبه 27 اردیبهشت‌ماه سال 1388 در ساعت 01:19 ب.ظ
نویسنده : عطیه
عنوان : نظریه گراف ...

نظریه گراف شاخه‌ای از ریاضیات است که دربارهٔ گراف ها بحث می‌کند. به صورت شهودی، گراف نموداری است، شامل تعدادی رأس، که با یال‌هایی‌ به هم وصل شده‌اند.

تعریف

تعریف دقیق‌تر گراف به این صورت است، که گراف مجموعه‌ای از رأس‌ها است، که توسط خانواده‌ای از زوج‌های مرتب که همان یال‌ها هستند به هم مربوط شده‌اند.

یال‌ها بر دو نوع ساده و جهت دار هستند، که هر کدام در جای خود کاربردهای بسیاری دارد. مثلاً اگر صرفاً اتصال دو نقطه -مانند اتصال تهران و زنجان با کمک آزادراه- مد نظر شما باشد، کافیست آن دو شهر را با دو نقطه نمایش داده، و اتوبان مزبور را با یالی ساده نمایش دهید. اما اگر بین دو شهر جاده‌ای یکطرفه وجود داشته باشد آنگاه لازمست تا شما با قرار دادن یالی جهت دار مسیر حرکت را در آن جاده مشخص کنید.

آغاز نظریهٔ گراف به سدهٔ هجدهم بر می‌گردد. اولر ریاضیدان بزرگ مفهوم گراف را برای حل مسئله پل‌های کونیگسبرگ ابداع کرد اما رشد و پویایی این نظریه عمدتاً مربوط به نیم سدهٔ اخیر و با رشد علم انفورماتیک بوده‌است.

مهم‌ترین کاربرد گراف مدل‌سازی پدیده‌های گوناگون و بررسی بر روی آنهاست. با گراف می‌توان به راحتی یک نقشه بسیار بزرگ یا شبکه‌ای عظیم را در درون یک ماتریس به نام ماتریس وقوع گراف ذخیره کرد و یا الگوریتمهای‌ مناسب مانند الگوریتم دایسترا یا الگوریتم کروسکال و ... را بر روی آن اعمال نمود.

یکی از قسمت‌های پرکاربرد نظریهٔ گراف، گراف مسطح است که به بررسی گراف‌هایی می‌پردازد که می‌توان آن‌ها را به نحوی روی صفحه کشید که یال‌ها جز در محل راس‌ها یکدیگر را قطع نکنند. این نوع گراف در ساخت جاده‌ها و حل مساله کلاسیک و قدیمی سه خانه و سه چاه آب به کار می‌رود.

نظریه گراف یکی از پرکاربردترین نظریه‌ها در شاخه‌های مختلف علوم مهندسی (مانند عمران)، باستان‌شناسی (کشف محدوده یک تمدن) و ... است.

روابط میان راس های یک گراف را می توان با کمک ماتریس بیان کرد .

انواع گراف

گراف ساده: هر گراف G زوج مرتبی مانند (V,E) است که در آن V مجموعه‌ای متناهی و ناتهی است و E زیرمجموعه‌ای از تمام زیرمجموعه‌های دو عضوی V میباشد. اعضای V را رأسهای G و اعضای E را یالهای G مینامیم. به بیان ساده تر بین دو رأس یک گراف ساده حداکثر یک یال وجود دارد.

گراف چندگانه: هرگاه بین دو رأس متمایز از یک گراف بیش از یک یال وجود داشته باشد، آن را یک گراف چند گانه می‌گوییم.

گراف جهت دار: هر گراف G زوج مرتبی مانند (V,E) است که در آن V مجموعه‌ای متناهی و ناتهی است و E زیرمجموعه‌ای از مجموعهٔ تمام زوج مرتب‌های متشکل از اعضای V است.

گراف مسطح: گراف مسطح گرافی است که می توان آن را در یک صفحه محاط کرد به گونه ای که یال هایش یکدیگر را تنها در راس ها قطع کنند.

خصوصیات گراف‌های خاص

اگر تعداد یال‌ها و درجهٔ راس‌ها در گراف ساده برابر باشد، گراف مورد نظر منتظم کامل است. در این گونه گراف ها، رابطهٔ میان رأس‌ها و یال‌ها چنین است:

که در آن تعداد راسها، و تعداد یالها است.

اگر گراف همبند باشد (یعنی از هر نقطه بتوان به یک نقطه دلخواه دیگر رسید) ولی دور نداشته باشد (یعنی هیچ نقطه‌ای از دوراه به نقطهٔ بعدی نرسد) می گویند گراف درختی است. فرمول آنهم این چنین است:

که در آن p  تعداد رأس ها و q  تعداد یال ها است.

گراف اویلری و همیلتونی:گاهی اوقات ما می خواهیم در یک گراف حرکت کنیم.به اینصورت که از راسی به راسی دیگر برویم.در اینصورت ممکن است برای ما مهم باشد که از روی یال یا راس تکراری حرکت نکنیم(مشابه مساله ی فروشنده ی دوره گرد).این مساله در صرفه جویی زمان و هزینه هم مهم است.(یعنی مبحث بهینه سازی).دراینجا دو موضوع گرافهای اویلری(دور زدن در گراف بدون یال تکراری)و همیلتونی(دور زدن بدون راس تکراری) مطرح میشود.براحتی میتوان بررسی کرد که راسهای گراف اویلری باید درجه ی زوج داشته باشند.اما اینکه شرایط کامل لازم و کافی برای همیلتونی بودن یک گراف چیست هنوز حل نشده مانده است.

گراف جهتدار یا دیگراف (به انگلیسی: Directed Graph) نوع خاصی از انواع گراف‌ها است.

V را یک مجموعه ناتهی متناهی از رأس‌های یک گراف و E را مجموعه یال‌های آن تعریف می‌کنیم. هم‌چنین می‌دانیم EV×V. جفت (V٫E) را یک گراف جهتدار گوییم، اگر جهت یال‌های آن مهم باشد. به عنوان مثال در یک لیگ ورزشی، اگر هر تیم را با یک راس نشان دهیم و یال‌های آن را از تیم برنده به تیم بازنده وصل کنیم، گراف ما یک گراف جهت‌دار خواهد بود که نشان‌دهنده نتایج بازی‌هاست.

  

*مریم صادقی*