Relacje.

Relacja dwuargumentowa.

Dla danych zbiorów S i T relacj dwuargumentow na zbiorze S×T jest dowolny podzbiór R zbioru S×T.

Interesuj ce dla nas b d relacje s siedztwa i osi galno ci dla wierzchołków grafu.

Grafy.

Graf skierowany.

Graf skierowany G składa si z dwóch zbiorów, niepustego zbioru V(G) wierzchołków grafu i zbioru E(G) kraw dzi grafu oraz z funkcji γ odwzorowuj cej zbiór E(G) w zbiór V(G)×V(G).

wierzchołek –vertice (v);

kraw d – edge (e).

Je li e jest kraw dzi grafu G i γ ( e)= ( p, q) to p nazywamy pocz tkiem kraw dzi e, a q ko cem kraw dzi e i mówimy, e e biegnie od p do q.

Rysunkiem grafu skierowanego jest wykres

i

j

składaj cy si z punktów odpowiadaj cych

v4

elementom zbioru V(G) oraz strzałek,

v3

odpowiadaj cych elementom zbioru E(G),

g

f

takich e je li γ ( e)= ( p, q), to strzałka odpowiadaj ca e biegnie od punktu

v1

a

oznaczonego p do punktu oznaczonego q.

v2

Rys. 1

e

a

f

g

i

j

γ(e) (v1,v2)

(v4,v2)

(v4,v1)

(v4,v3)

(v3,v3)

1

Macierze.

Macierze dwuwymiarowe s wa nym narz dziem do opisywania grafów skierowanych i relacji dwuargumentowych. W potrzebnym nam tutaj zakresie b dziemy postrzega macierz w sposób uproszczony, jako prostok tn tablic liczb.

W badaniu relacji sko czonych grafów skierowanych i nieskierowanych u yteczne jest poj cie s siedztwa. Dla danego grafu G i wierzchołków x,y w zbiorze V(G) mówimy, e wierzchołek x jest s siedni do w stosunku do wierzchołka y, je li istnieje kraw d w E(G) od x do y. Mówimy wtedy, e wierzchołki x, y s ze sob w relacji s siedztwa.

Macierz opisuj c t relacj jest macierz s siedztwa. Niech G b dzie skierowanym grafem sko czonym a V(G) ={v1, v2, …, vn} zbiorem wierzchołków tego grafu.

Macierz s siedztwa.

Macierz M wymiaru n×n, której ka dy wyraz M[i,j] jest liczb kraw dzi od wierzchołka i do wierzchołka j.

Zatem M[i,j]=0, je li nie istnieje kraw d od vi do vj, w przeciwnym wypadku M[i,j]

jest dodatni liczb całkowit .

Przykład 1. Macierz s siedztwa dla grafu z Rys. 1 ma posta : 0 1 0 0

0 0 0 0

M = 0 0 1 0

1 1 1 0

W przypadku grafów bez kraw dzi wielokrotnych (wi cej ni jedna kraw d ł czy dwa wierzchołki) istnieje wzajemnie jednoznaczna odpowiednio mi dzy grafami skierowanymi, a relacjami.

2

Przykład 2. We my relacj R na zbiorze {0,1,2,3} okre lon przez ≤. Zatem (m,n)∈ R

wtedy i tylko wtedy gdy m ≤ n. Macierz M oraz graf G odpowiadaj ce relacji R s przedstawione na Rys. 2.

1 1 1 1

0 1 1 1

1

G

M = 0 0 1 1

0

2

0 0 0 1

3

Rys. 2

Ka dej relacji R w zbiorze sko czonym S odpowiada sko czony graf skierowany GR

bez kraw dzi wielokrotnych. Zatem odpowiada tej relacji równie macierz MR, której wyrazami s 0 i 1. Poniewa zbiorem wierzchołków grafu jest zbiór S, wi c je li n jest moc zbioru S to macierz MR jest macierz wymiaru n × n.

Droga.

Drog w grafie skierowanym G nazywamy ci g kraw dzi taki, e koniec jednej kraw dzi jest pocz tkiem nast pnej.

Je li e1, e2, …, en nale do zbioru E( G), to ci g kraw dzi e1 e2…en, wraz z ci giem wierzchołków v1v2…vn+1, takim e γ(ej)={vj,vj+1}, jest drog długo ci n od wierzchołka v1 do wierzchołka vn+1.

P tla.

Wierzchołki vj,vj+1 mog by równe, w takim wypadku kraw d ej jest p tl .

3

Droga zamkni ta.

Je li v1 = vn+1, to tak drog nazywamy drog zamkni t .

Przykład 3.

Rozwa my graf przedstawiony na Rys. 1.

j

z

b

Droga efg jest drog zamkni t . Kraw d j

stanowi p tl .

w

a

g

f

h

Rys. 3

Droga zamkni ta mo e składa si z tego

x

e

y

samego ci gu kraw dzi, przechodzonych

„tam i z powrotem” np. efggfe.

Jednak najwa niejszymi drogami zamkni tymi s te, w których adna kraw d si nie powtarza.

Droga prosta.

droga w której wszystkie kraw dzie s ró ne.

W drodze prostej adna kraw d nie jest wykorzystana dwa razy, chocia taka droga mo e przechodzi przez ten sam wierzchołek wi cej ni jeden raz.

Cykl.

Zamkni t drog prost , której ci giem wierzchołków jest ci g {vj, j=1,…, n}

nazywamy cyklem je li wierzchołki s ró ne.

Graf acykliczny.

Droga acykliczna.

Graf nie zawieraj cy cykli.

„Podgraf” składaj cy si z wierzchołków

i kraw dzi tej drogi jest acykliczny.

Graf jest acykliczny wtedy i tylko wtedy gdy nie zawiera zamkni tych dróg prostych.

4

Graf H jest podgrafem grafu G, je li V(H) ⊆ V(G), E(H) ⊆ E(G) oraz funkcja γ grafu G, okre lona na E(G) pokrywa si z funkcj γ grafu H okre lon na E(H).

Gdy graf G nie ma kraw dzi wielokrotnych i je li traktujemy zbiór E(G) jako zbiór jedno- i dwu-elementowych podzbiorów V(G) to warunek nało ony na funkcj γ

wynika z inkluzji E(H) ⊆ E(G).

5