Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ทฤษฎกราฟ
9.1 ทฤษฎกราฟ
กราฟเปนพนฐานโครงสรางคณตศาสตรทจ าเปนส าหรบวทยาการคอมพวเตอร
นยาม กราฟ G(V,E) ประกอบดวยเซตของจด V และ เซตของเสน E ทเชอมตอระหวาง
จดสองจด
ทฤษฎกราฟ น าไปประยกตใช web search, network, database, artificial intelligent
เปนตน
ตวอยาง การประยกตใชทฤษฎกราฟ
รปท 1 แสดงการประยกตใชทฤษฎกราฟ
ศพททควรรเกยวกบกราฟ
จดสองจด U และ Vเชอมตอกนดวยดาน E จดทงสองเปนจดประชด (adjacent)
ดาน (U,V) เชอมตอ (incident) จด U และ V
ดกรของจด V เขยนแทนดวย deg(V) แทนจ านวนดานทงหมดทเชอมตอกบจด V
เซตเพอนบานของจด V (neighborhood) หมายถง เซตทประกอบดวยจดทประชดกบจด V
หมายเหต กราฟทม ลป (loop) เกดจากการทมจดใดๆในกราฟประชดกบตนเอง
นยาม Simple Graph หมายถง กราฟทไมมลปและมอยางมากเพยง 1 ดานเชอมระหวาง 2
จดใดๆในกราฟ
นยาม Multi Graph หมายถง กราฟทมดานมากกวาหรอเทากบสองดานเชอมตอจด 2 จด
ใดๆในกราฟ
นยาม Directed Graph หมายถง กราฟทประกอบขนจากดานทมทศทาง (directed edge)
คล าดบ (u,v) หมายถง ดานทมทศพงจากจด u ไป สนสดทจด v
หมายเหต ส าหรบกราฟทไมมทศางใดๆ ดาน (u,v) = (v,u)
ทฤษฎ Handshaking
ก าหนด กราฟ G = (V,E) เปนกราฟทม m ดาน จะไดวา
mvdevVv
2)(
นยาม in-degree และ out-degree ของ directed graph
--in-degree ของจด v เขยนแทนดวย deg- (v) แทนจ านวนของดานทออกจากจด v
-- out-degree ของจด v เขยนแทนดวย deg+ (v) แทนจ านวนของดานทเขาสจด v
Handshaking ส าหรบ Directed Graph
ก าหนด G(V,E) แทน Directed graph
VvVv
Evdevvdev ||)()(
ตวอยาง
จาก กราฟทก าหนดให
จงหา deg - (a) และ deg+ (a)
วธท า
deg- (a) แทนจ านวนของดานทออกจากจด a
deg- (a) = 2
deg+ (a) แทนจ านวนของดานทเขาสจด a
deg+ (a) = 1
9.2 ชนดของกราฟ
นยาม Subgraph
กราฟ G(V,E) เปนสบกราฟของ กราฟ G’(V’,E’) ถา V V’ และ E E’
กราฟ G(V,E) เปนสบกราฟแทของกราฟ G’ ถา G G’
นยาม Complete Graph (Kn)
Complete Graph คอ simple undirected graph ซงทกคของจดถกเชอมเปนดาน
นยาม Cycle Graph (Cn)
Cycle Graph คอ simple undirected graph ซงมดานเชอมระหวางจดทอยถดไปในทศ
ตามเขมนาฬกา (หรอทวนเขมนาฬกา) อยางใดอยางหนง จ านวนจด n 3
นยาม Wheel Graph (Wn)
Wheel Graph คอ simple undirected graph ทเปน Cycle Graph ทเพมจดหนงจดเพอ
เชอมไปยง n จดของกราฟ Cn
รปท 2 แสดงกราฟชนดตางๆ
ตวอยาง การประยกตใช Graph ชนดตางๆ
ส าหรบ เครอขายทองถน
Star Ring Hybridge
รปท 3 แสดง การประยกตใช Graph กบเครอขาย
ส าหรบการประมวลผล
ประมวลผลแบบอนกรม ประมวลผลแบบ
อนกรมขนาน
รปท 4 แสดง การประยกตใช Graph กบการประมวลผล
ตวอยาง
จงหาสตรทวไปของความสมพนธระหวางจ านวนจด กบ จ านวนดานของ Complete
Graph ขนาด n จดใดๆ
วธท า
|V| = 1 จะได |E| = 0
|V| = 2 จะได |E| = 1
|V| = 3 จะได |E| = 3
|V| =4 จะได |E| = 6
…
|V| = n จะได |E| =2
*)1( nn
นยาม Bipartite Graph
ก าหนด simple undirected graph G(V,E) เปน Bipartite Graph ถาเซต V สามารถถก
แบงเปน 2 เซตท disjoint กน V1 และ V2 โดยทแตละดานในเซต E เชอมจากจดใดจดหนง
ในเซต V1 ไปยงจดใดจดหนงในเซต V2
นยาม Complete Bipartite Graph (K m,n)
Complete Bipartite Graph G(V,E) คอ กราฟทแบง เซตของจด V เปน 2 สบเซต ซงม
จด m และ n เปนสมาชกในแตละสบเซต โดยมดานเชอมระหวางจดจากเซตทงสอง
รปท 5 แสดง Complete Bipartite Graph
ตวอยาง
จากกราฟ G(V,E) ทก าหนด จงพจารณาวาเปน Bipartite Graph หรอไม เพราะเหตใด
วธท า
V = {A, B, C, D, E}
V1 = {A, C, E}
V2 = {B, D}
V1 V2 = และ แตละดานในเซต E เชอมจากจดใดจดหนงในเซต V1 ไปยงจดใดจด
หนงในเซต V2
ดงนน G(V,E) เปน Bipartite Graph
ตวอยาง Graph ทไมใช Bipartite Graph
ตวอยาง จงพจารณาวากราฟตอไปนเปน Bipartite Graph หรอไม เพราะเหตใด
Graph Coloring
นยาม Graph Coloring หมายถง การก าหนดสไปบนจดของกราฟเพอวาสองจดใดๆท
ประชดกนถกก าหนดใหมสทตางกน
กราฟทตองใช k ส (k-colorable) หากกราฟนนไดรบการก าหนดส k สไปบนจดทกจดใน
กราฟ
--กราฟ G(V,E) เปน Bipartite Graph กตอเมอ กราฟนนเปน 2-colorable
รปท 6 แสดงการประยกตใช Graph Coloring
กราฟขางตน ตองใช 3 ส หากมเพยง 2 ส จะไมสามารถก าหนดสใหจดจดตามขอก าหนด
ของ Graph Coloring ได
จ านวนสทนอยทสดทจ าเปนตองใชตามหลกการ Graph Coloring ถกเรยกวา chromatic
number
นนคอ chromatic number ของกราฟขางตน = 3
Complete Graph Kn ม chromatic number เปน n
ตวอยาง
จงหา chromatic number ของกราฟ ตอไปน
รปท ก รปท ข รปท ค
ตวอยาง
ก าหนดคณะกรรมการ 6 ชด ทประกอบดวยสมาชก
C1 = {Allen, Brooks, Marg}
C2 = {Brooks, Jones, Morton}
C3 = { Allen, Marg, Morton }
C4 = {Jones, Marg, Morton}
C5 = {Allen, Brooks }
C6 = { Brooks , Marg, Morton}
จงประยกตใชหลกการ Graph Coloring เพอค านวณหาวาจะตองจดการประชมกครงเปน
อยางนอยเพอไมใหเกดการขดแยงระหวางกรรมการแตละชด
9.3 การแทนกราฟ
แบบ Adjacency Matric
ให G(V,E) เปน simple graph ทม จ านวนจด |V| = n Adjacency Matric ของกราฟ G
แทนดวยเมทรกซ 0-1 ทมขนาด nXn ทมคาเปน 1 ณ ต าแหนง (i,j) เมอ จด vi ประชดกบจด
v j และ มคาเปน 0 หากต าแหนงนนไมมจดประชด
Ai j =
0
1 ถา { v i,v j } เปน ดานของ G
ตวอยาง
จงหา Adjacency Matric ของ กราฟ ตอไปน
วธท า
ตวอยาง
จงหา กราฟ ของ Adjacency Matric
วธท า
ตวอยาง
จงหา Adjacency Matric ของ กราฟ ตอไปน
วธท า
แบบ Incidence Matric
ให G(V,E) เปน undirected graph ทประกอบดวย จ านวนจด |V| = n และจ านวนดาน
|E| = m
Incidence Matric ของกราฟ G แทนดวยเมทรกซทมขนาด nXm M = [m i j] เมอ
0
1ijM ถา e j เปนดานเชอมของจด vi
ตวอยาง
จงหา Incidence Matric ของ กราฟ ตอไปน
วธท า
ตวอยาง จงหา Incidence Matric ของ กราฟ ตอไปน
วธท า
9.4 Isomorphism Graph
ก าหนด simple graph G1(V1,E1) และ simple graph G2(V2,E2) เปน Isomorphism
Graph ถาม function 1-1 และ ทวถง จาก เซต V1 ไป V2 ซงมคณสมบต จด a ประชดจด b
บน G1 และ มจด f(a) ประชดจด f(b) บน G2 จะเรยก function นนวาเปน Isomorphism
function หากกราฟทงสองไมมคณสมบตขางตนจะเปน Non isomorphism Graph
ตวอยาง
จงแสดงวากราฟ G และ H ตอไปน เปน Isomorphism Graph
วธท า
f(u1) = v1
f(u2) = v4
f(u3) = v3
f(u4) = v2
f เปนฟงกชน 1-1 และทวถง จากเซต {u1,u2,u3,u4} ไปยงเซต {v1,v2,v3,v4}
ตวอยาง
จงแสดงวา กราฟ G และ H ตอไปน เปน Nonisomorphism Graph
ตวอยาง
จงแสดงวากราฟ G และ H ตอไปน เปน Isomorphism Graph
วธท า Adjacency Matric ของกราฟ G คอ
Adjacency Matric ของกราฟ H คอ
ดงนน กราฟ G และ H เปน Isomorphism Graph กน