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Graphes non orienteacutesL2 Informatique
UFR SAT
Pr Ousmane THIARE
othiareugbedusn[wwwousmanethiarecom]
16 avril 2020
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes Graphes non orienteacutes
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 247
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Chapitre XIV Graphes non orienteacutes
1 Introduction
2 Deacutefinitions et premiers exemples
3 Quelques types particuliers de graphes
4 Repreacutesentation des graphes
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 347
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Introduction
La notion de graphe geacuteneacuteralise amplement la notion derelation sur un ensemble elle srsquointeacuteresse agrave la faccedilon dontsont lieacutes les objets Avec les plans de meacutetro les cartesroutiegraveres les scheacutemas de circuits eacutelectriques lesformules des moleacutecules les organigrammes les arbresgeacuteneacutealogiques on utilise chaque jour des graphes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Un graphe non orienteacute G = (S A) est deacutefini par lrsquoensemblefini S = s1 s2 middot middot middot sn dont les eacuteleacutements sont appeleacutessommets et par lrsquoensemble fini A = a1a2 middot middot middot am dontles eacuteleacutements sont appeleacutes arecirctesUne arecircte a de lrsquoensemble A est deacutefinie par une pairenon-ordonneacutee de sommets appeleacutes les extreacutemiteacutes de aSi les extreacutemiteacutes coiumlncident on parle de boucleSi lrsquoarecircte a relie les sommets si et sj on dira que cessommets sont adjacents ou incidents avec a ou encoreque lrsquoarecircte a est incidente avec les sommets si et sj Onnotera qursquoun graphe a au moins un sommet on noterapar la suite ordre drsquoun graphe son nombre de sommets
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Remarques Dans le preacutesent chapitre et ses prochessuccesseurs graphe signifie graphe non orienteacute (mecircmequand cela nrsquoest pas speacutecifieacute) Il existe aussi des graphesorienteacutes ils seront eacutetudieacutes plus loinRemarques La deacutefinition preacuteceacutedente nrsquointerdit pas lapossibiliteacute que deux mecircmes sommets soient relieacutes pardeux arecirctes diffeacuterentes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesRepreacutesentation graphique et notion de graphes pondeacutereacutes
Les graphes non orienteacutes admettent une repreacutesentationgraphique permettant leur visualisation
Signalons aussi degraves agrave preacutesent la possibiliteacute de pondeacutererles arecirctes drsquoun graphe non orienteacute (la deacutefinition de grapheest alors agrave adapter)
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
DeacutefinitionOn appelle degreacute drsquoun sommet s noteacute d(s) le nombredrsquoarecirctes dont le sommet s est une extreacutemiteacute (les bouclescomptent pour deux)
Proprieacuteteacute
La somme des degreacutes des sommets drsquoun graphe esteacutegale agrave deux fois le nombre drsquoarecirctesCette proprieacuteteacute est appeacuteleacutee Lemme des poigneacutees demains
DeacutefinitionLe degreacute drsquoun graphe est le degreacute maximum de tous sessommetsPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 847
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
ExerciceCalculez les degreacutes des sommets et le degreacute desgraphes ci-dessus
DeacutefinitionUn graphe dont tous les sommets ont le mecircme degreacute estdit reacutegulier Si le degreacute commun est k alors on dit que legraphe est k-reacutegulier
ExerciceLes graphes preacuteceacutedent sont-ils reacuteguliers
ExerciceRepreacutesentez un graphe 3-reacutegulierPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 947
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionUne chaicircne dans G est une suite de la forme(s0a1 s1a2 middot middot middot skminus1ak sk )
ayant pour eacuteleacutements alternativement des sommets (si)et des arecirctes (ai) commenccedilant et se terminant par un sommet et telle que les extreacutemiteacutes de ai soient siminus1 etsi i = 1 middot middot middot k
s0 est appeleacute le deacutepart de la chaicircne et sk lrsquoarriveacutee
Remarque On a choisi ici de reacuteserver le terme dechemin aux graphes orienteacutes
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques typesparticuliers degraphes
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes Graphes non orienteacutes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Chapitre XIV Graphes non orienteacutes
1 Introduction
2 Deacutefinitions et premiers exemples
3 Quelques types particuliers de graphes
4 Repreacutesentation des graphes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Introduction
La notion de graphe geacuteneacuteralise amplement la notion derelation sur un ensemble elle srsquointeacuteresse agrave la faccedilon dontsont lieacutes les objets Avec les plans de meacutetro les cartesroutiegraveres les scheacutemas de circuits eacutelectriques lesformules des moleacutecules les organigrammes les arbresgeacuteneacutealogiques on utilise chaque jour des graphes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Un graphe non orienteacute G = (S A) est deacutefini par lrsquoensemblefini S = s1 s2 middot middot middot sn dont les eacuteleacutements sont appeleacutessommets et par lrsquoensemble fini A = a1a2 middot middot middot am dontles eacuteleacutements sont appeleacutes arecirctesUne arecircte a de lrsquoensemble A est deacutefinie par une pairenon-ordonneacutee de sommets appeleacutes les extreacutemiteacutes de aSi les extreacutemiteacutes coiumlncident on parle de boucleSi lrsquoarecircte a relie les sommets si et sj on dira que cessommets sont adjacents ou incidents avec a ou encoreque lrsquoarecircte a est incidente avec les sommets si et sj Onnotera qursquoun graphe a au moins un sommet on noterapar la suite ordre drsquoun graphe son nombre de sommets
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Remarques Dans le preacutesent chapitre et ses prochessuccesseurs graphe signifie graphe non orienteacute (mecircmequand cela nrsquoest pas speacutecifieacute) Il existe aussi des graphesorienteacutes ils seront eacutetudieacutes plus loinRemarques La deacutefinition preacuteceacutedente nrsquointerdit pas lapossibiliteacute que deux mecircmes sommets soient relieacutes pardeux arecirctes diffeacuterentes
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesRepreacutesentation graphique et notion de graphes pondeacutereacutes
Les graphes non orienteacutes admettent une repreacutesentationgraphique permettant leur visualisation
Signalons aussi degraves agrave preacutesent la possibiliteacute de pondeacutererles arecirctes drsquoun graphe non orienteacute (la deacutefinition de grapheest alors agrave adapter)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
DeacutefinitionOn appelle degreacute drsquoun sommet s noteacute d(s) le nombredrsquoarecirctes dont le sommet s est une extreacutemiteacute (les bouclescomptent pour deux)
Proprieacuteteacute
La somme des degreacutes des sommets drsquoun graphe esteacutegale agrave deux fois le nombre drsquoarecirctesCette proprieacuteteacute est appeacuteleacutee Lemme des poigneacutees demains
DeacutefinitionLe degreacute drsquoun graphe est le degreacute maximum de tous sessommetsPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 847
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
ExerciceCalculez les degreacutes des sommets et le degreacute desgraphes ci-dessus
DeacutefinitionUn graphe dont tous les sommets ont le mecircme degreacute estdit reacutegulier Si le degreacute commun est k alors on dit que legraphe est k-reacutegulier
ExerciceLes graphes preacuteceacutedent sont-ils reacuteguliers
ExerciceRepreacutesentez un graphe 3-reacutegulierPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 947
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionUne chaicircne dans G est une suite de la forme(s0a1 s1a2 middot middot middot skminus1ak sk )
ayant pour eacuteleacutements alternativement des sommets (si)et des arecirctes (ai) commenccedilant et se terminant par un sommet et telle que les extreacutemiteacutes de ai soient siminus1 etsi i = 1 middot middot middot k
s0 est appeleacute le deacutepart de la chaicircne et sk lrsquoarriveacutee
Remarque On a choisi ici de reacuteserver le terme dechemin aux graphes orienteacutes
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Chapitre XIV Graphes non orienteacutes
1 Introduction
2 Deacutefinitions et premiers exemples
3 Quelques types particuliers de graphes
4 Repreacutesentation des graphes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Introduction
La notion de graphe geacuteneacuteralise amplement la notion derelation sur un ensemble elle srsquointeacuteresse agrave la faccedilon dontsont lieacutes les objets Avec les plans de meacutetro les cartesroutiegraveres les scheacutemas de circuits eacutelectriques lesformules des moleacutecules les organigrammes les arbresgeacuteneacutealogiques on utilise chaque jour des graphes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Un graphe non orienteacute G = (S A) est deacutefini par lrsquoensemblefini S = s1 s2 middot middot middot sn dont les eacuteleacutements sont appeleacutessommets et par lrsquoensemble fini A = a1a2 middot middot middot am dontles eacuteleacutements sont appeleacutes arecirctesUne arecircte a de lrsquoensemble A est deacutefinie par une pairenon-ordonneacutee de sommets appeleacutes les extreacutemiteacutes de aSi les extreacutemiteacutes coiumlncident on parle de boucleSi lrsquoarecircte a relie les sommets si et sj on dira que cessommets sont adjacents ou incidents avec a ou encoreque lrsquoarecircte a est incidente avec les sommets si et sj Onnotera qursquoun graphe a au moins un sommet on noterapar la suite ordre drsquoun graphe son nombre de sommets
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Remarques Dans le preacutesent chapitre et ses prochessuccesseurs graphe signifie graphe non orienteacute (mecircmequand cela nrsquoest pas speacutecifieacute) Il existe aussi des graphesorienteacutes ils seront eacutetudieacutes plus loinRemarques La deacutefinition preacuteceacutedente nrsquointerdit pas lapossibiliteacute que deux mecircmes sommets soient relieacutes pardeux arecirctes diffeacuterentes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesRepreacutesentation graphique et notion de graphes pondeacutereacutes
Les graphes non orienteacutes admettent une repreacutesentationgraphique permettant leur visualisation
Signalons aussi degraves agrave preacutesent la possibiliteacute de pondeacutererles arecirctes drsquoun graphe non orienteacute (la deacutefinition de grapheest alors agrave adapter)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
DeacutefinitionOn appelle degreacute drsquoun sommet s noteacute d(s) le nombredrsquoarecirctes dont le sommet s est une extreacutemiteacute (les bouclescomptent pour deux)
Proprieacuteteacute
La somme des degreacutes des sommets drsquoun graphe esteacutegale agrave deux fois le nombre drsquoarecirctesCette proprieacuteteacute est appeacuteleacutee Lemme des poigneacutees demains
DeacutefinitionLe degreacute drsquoun graphe est le degreacute maximum de tous sessommetsPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 847
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
ExerciceCalculez les degreacutes des sommets et le degreacute desgraphes ci-dessus
DeacutefinitionUn graphe dont tous les sommets ont le mecircme degreacute estdit reacutegulier Si le degreacute commun est k alors on dit que legraphe est k-reacutegulier
ExerciceLes graphes preacuteceacutedent sont-ils reacuteguliers
ExerciceRepreacutesentez un graphe 3-reacutegulierPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 947
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionUne chaicircne dans G est une suite de la forme(s0a1 s1a2 middot middot middot skminus1ak sk )
ayant pour eacuteleacutements alternativement des sommets (si)et des arecirctes (ai) commenccedilant et se terminant par un sommet et telle que les extreacutemiteacutes de ai soient siminus1 etsi i = 1 middot middot middot k
s0 est appeleacute le deacutepart de la chaicircne et sk lrsquoarriveacutee
Remarque On a choisi ici de reacuteserver le terme dechemin aux graphes orienteacutes
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Repreacutesentationdes graphes
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La notion de graphe geacuteneacuteralise amplement la notion derelation sur un ensemble elle srsquointeacuteresse agrave la faccedilon dontsont lieacutes les objets Avec les plans de meacutetro les cartesroutiegraveres les scheacutemas de circuits eacutelectriques lesformules des moleacutecules les organigrammes les arbresgeacuteneacutealogiques on utilise chaque jour des graphes
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Un graphe non orienteacute G = (S A) est deacutefini par lrsquoensemblefini S = s1 s2 middot middot middot sn dont les eacuteleacutements sont appeleacutessommets et par lrsquoensemble fini A = a1a2 middot middot middot am dontles eacuteleacutements sont appeleacutes arecirctesUne arecircte a de lrsquoensemble A est deacutefinie par une pairenon-ordonneacutee de sommets appeleacutes les extreacutemiteacutes de aSi les extreacutemiteacutes coiumlncident on parle de boucleSi lrsquoarecircte a relie les sommets si et sj on dira que cessommets sont adjacents ou incidents avec a ou encoreque lrsquoarecircte a est incidente avec les sommets si et sj Onnotera qursquoun graphe a au moins un sommet on noterapar la suite ordre drsquoun graphe son nombre de sommets
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Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Remarques Dans le preacutesent chapitre et ses prochessuccesseurs graphe signifie graphe non orienteacute (mecircmequand cela nrsquoest pas speacutecifieacute) Il existe aussi des graphesorienteacutes ils seront eacutetudieacutes plus loinRemarques La deacutefinition preacuteceacutedente nrsquointerdit pas lapossibiliteacute que deux mecircmes sommets soient relieacutes pardeux arecirctes diffeacuterentes
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesRepreacutesentation graphique et notion de graphes pondeacutereacutes
Les graphes non orienteacutes admettent une repreacutesentationgraphique permettant leur visualisation
Signalons aussi degraves agrave preacutesent la possibiliteacute de pondeacutererles arecirctes drsquoun graphe non orienteacute (la deacutefinition de grapheest alors agrave adapter)
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
DeacutefinitionOn appelle degreacute drsquoun sommet s noteacute d(s) le nombredrsquoarecirctes dont le sommet s est une extreacutemiteacute (les bouclescomptent pour deux)
Proprieacuteteacute
La somme des degreacutes des sommets drsquoun graphe esteacutegale agrave deux fois le nombre drsquoarecirctesCette proprieacuteteacute est appeacuteleacutee Lemme des poigneacutees demains
DeacutefinitionLe degreacute drsquoun graphe est le degreacute maximum de tous sessommetsPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 847
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Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
ExerciceCalculez les degreacutes des sommets et le degreacute desgraphes ci-dessus
DeacutefinitionUn graphe dont tous les sommets ont le mecircme degreacute estdit reacutegulier Si le degreacute commun est k alors on dit que legraphe est k-reacutegulier
ExerciceLes graphes preacuteceacutedent sont-ils reacuteguliers
ExerciceRepreacutesentez un graphe 3-reacutegulierPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 947
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionUne chaicircne dans G est une suite de la forme(s0a1 s1a2 middot middot middot skminus1ak sk )
ayant pour eacuteleacutements alternativement des sommets (si)et des arecirctes (ai) commenccedilant et se terminant par un sommet et telle que les extreacutemiteacutes de ai soient siminus1 etsi i = 1 middot middot middot k
s0 est appeleacute le deacutepart de la chaicircne et sk lrsquoarriveacutee
Remarque On a choisi ici de reacuteserver le terme dechemin aux graphes orienteacutes
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Un graphe non orienteacute G = (S A) est deacutefini par lrsquoensemblefini S = s1 s2 middot middot middot sn dont les eacuteleacutements sont appeleacutessommets et par lrsquoensemble fini A = a1a2 middot middot middot am dontles eacuteleacutements sont appeleacutes arecirctesUne arecircte a de lrsquoensemble A est deacutefinie par une pairenon-ordonneacutee de sommets appeleacutes les extreacutemiteacutes de aSi les extreacutemiteacutes coiumlncident on parle de boucleSi lrsquoarecircte a relie les sommets si et sj on dira que cessommets sont adjacents ou incidents avec a ou encoreque lrsquoarecircte a est incidente avec les sommets si et sj Onnotera qursquoun graphe a au moins un sommet on noterapar la suite ordre drsquoun graphe son nombre de sommets
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Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Remarques Dans le preacutesent chapitre et ses prochessuccesseurs graphe signifie graphe non orienteacute (mecircmequand cela nrsquoest pas speacutecifieacute) Il existe aussi des graphesorienteacutes ils seront eacutetudieacutes plus loinRemarques La deacutefinition preacuteceacutedente nrsquointerdit pas lapossibiliteacute que deux mecircmes sommets soient relieacutes pardeux arecirctes diffeacuterentes
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesRepreacutesentation graphique et notion de graphes pondeacutereacutes
Les graphes non orienteacutes admettent une repreacutesentationgraphique permettant leur visualisation
Signalons aussi degraves agrave preacutesent la possibiliteacute de pondeacutererles arecirctes drsquoun graphe non orienteacute (la deacutefinition de grapheest alors agrave adapter)
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
DeacutefinitionOn appelle degreacute drsquoun sommet s noteacute d(s) le nombredrsquoarecirctes dont le sommet s est une extreacutemiteacute (les bouclescomptent pour deux)
Proprieacuteteacute
La somme des degreacutes des sommets drsquoun graphe esteacutegale agrave deux fois le nombre drsquoarecirctesCette proprieacuteteacute est appeacuteleacutee Lemme des poigneacutees demains
DeacutefinitionLe degreacute drsquoun graphe est le degreacute maximum de tous sessommetsPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 847
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
ExerciceCalculez les degreacutes des sommets et le degreacute desgraphes ci-dessus
DeacutefinitionUn graphe dont tous les sommets ont le mecircme degreacute estdit reacutegulier Si le degreacute commun est k alors on dit que legraphe est k-reacutegulier
ExerciceLes graphes preacuteceacutedent sont-ils reacuteguliers
ExerciceRepreacutesentez un graphe 3-reacutegulierPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 947
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionUne chaicircne dans G est une suite de la forme(s0a1 s1a2 middot middot middot skminus1ak sk )
ayant pour eacuteleacutements alternativement des sommets (si)et des arecirctes (ai) commenccedilant et se terminant par un sommet et telle que les extreacutemiteacutes de ai soient siminus1 etsi i = 1 middot middot middot k
s0 est appeleacute le deacutepart de la chaicircne et sk lrsquoarriveacutee
Remarque On a choisi ici de reacuteserver le terme dechemin aux graphes orienteacutes
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDeacutefinitions
Remarques Dans le preacutesent chapitre et ses prochessuccesseurs graphe signifie graphe non orienteacute (mecircmequand cela nrsquoest pas speacutecifieacute) Il existe aussi des graphesorienteacutes ils seront eacutetudieacutes plus loinRemarques La deacutefinition preacuteceacutedente nrsquointerdit pas lapossibiliteacute que deux mecircmes sommets soient relieacutes pardeux arecirctes diffeacuterentes
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesRepreacutesentation graphique et notion de graphes pondeacutereacutes
Les graphes non orienteacutes admettent une repreacutesentationgraphique permettant leur visualisation
Signalons aussi degraves agrave preacutesent la possibiliteacute de pondeacutererles arecirctes drsquoun graphe non orienteacute (la deacutefinition de grapheest alors agrave adapter)
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
DeacutefinitionOn appelle degreacute drsquoun sommet s noteacute d(s) le nombredrsquoarecirctes dont le sommet s est une extreacutemiteacute (les bouclescomptent pour deux)
Proprieacuteteacute
La somme des degreacutes des sommets drsquoun graphe esteacutegale agrave deux fois le nombre drsquoarecirctesCette proprieacuteteacute est appeacuteleacutee Lemme des poigneacutees demains
DeacutefinitionLe degreacute drsquoun graphe est le degreacute maximum de tous sessommetsPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 847
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Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
ExerciceCalculez les degreacutes des sommets et le degreacute desgraphes ci-dessus
DeacutefinitionUn graphe dont tous les sommets ont le mecircme degreacute estdit reacutegulier Si le degreacute commun est k alors on dit que legraphe est k-reacutegulier
ExerciceLes graphes preacuteceacutedent sont-ils reacuteguliers
ExerciceRepreacutesentez un graphe 3-reacutegulierPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 947
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionUne chaicircne dans G est une suite de la forme(s0a1 s1a2 middot middot middot skminus1ak sk )
ayant pour eacuteleacutements alternativement des sommets (si)et des arecirctes (ai) commenccedilant et se terminant par un sommet et telle que les extreacutemiteacutes de ai soient siminus1 etsi i = 1 middot middot middot k
s0 est appeleacute le deacutepart de la chaicircne et sk lrsquoarriveacutee
Remarque On a choisi ici de reacuteserver le terme dechemin aux graphes orienteacutes
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesRepreacutesentation graphique et notion de graphes pondeacutereacutes
Les graphes non orienteacutes admettent une repreacutesentationgraphique permettant leur visualisation
Signalons aussi degraves agrave preacutesent la possibiliteacute de pondeacutererles arecirctes drsquoun graphe non orienteacute (la deacutefinition de grapheest alors agrave adapter)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
DeacutefinitionOn appelle degreacute drsquoun sommet s noteacute d(s) le nombredrsquoarecirctes dont le sommet s est une extreacutemiteacute (les bouclescomptent pour deux)
Proprieacuteteacute
La somme des degreacutes des sommets drsquoun graphe esteacutegale agrave deux fois le nombre drsquoarecirctesCette proprieacuteteacute est appeacuteleacutee Lemme des poigneacutees demains
DeacutefinitionLe degreacute drsquoun graphe est le degreacute maximum de tous sessommetsPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 847
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
ExerciceCalculez les degreacutes des sommets et le degreacute desgraphes ci-dessus
DeacutefinitionUn graphe dont tous les sommets ont le mecircme degreacute estdit reacutegulier Si le degreacute commun est k alors on dit que legraphe est k-reacutegulier
ExerciceLes graphes preacuteceacutedent sont-ils reacuteguliers
ExerciceRepreacutesentez un graphe 3-reacutegulierPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 947
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionUne chaicircne dans G est une suite de la forme(s0a1 s1a2 middot middot middot skminus1ak sk )
ayant pour eacuteleacutements alternativement des sommets (si)et des arecirctes (ai) commenccedilant et se terminant par un sommet et telle que les extreacutemiteacutes de ai soient siminus1 etsi i = 1 middot middot middot k
s0 est appeleacute le deacutepart de la chaicircne et sk lrsquoarriveacutee
Remarque On a choisi ici de reacuteserver le terme dechemin aux graphes orienteacutes
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
DeacutefinitionOn appelle degreacute drsquoun sommet s noteacute d(s) le nombredrsquoarecirctes dont le sommet s est une extreacutemiteacute (les bouclescomptent pour deux)
Proprieacuteteacute
La somme des degreacutes des sommets drsquoun graphe esteacutegale agrave deux fois le nombre drsquoarecirctesCette proprieacuteteacute est appeacuteleacutee Lemme des poigneacutees demains
DeacutefinitionLe degreacute drsquoun graphe est le degreacute maximum de tous sessommetsPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 847
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Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
ExerciceCalculez les degreacutes des sommets et le degreacute desgraphes ci-dessus
DeacutefinitionUn graphe dont tous les sommets ont le mecircme degreacute estdit reacutegulier Si le degreacute commun est k alors on dit que legraphe est k-reacutegulier
ExerciceLes graphes preacuteceacutedent sont-ils reacuteguliers
ExerciceRepreacutesentez un graphe 3-reacutegulierPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 947
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionUne chaicircne dans G est une suite de la forme(s0a1 s1a2 middot middot middot skminus1ak sk )
ayant pour eacuteleacutements alternativement des sommets (si)et des arecirctes (ai) commenccedilant et se terminant par un sommet et telle que les extreacutemiteacutes de ai soient siminus1 etsi i = 1 middot middot middot k
s0 est appeleacute le deacutepart de la chaicircne et sk lrsquoarriveacutee
Remarque On a choisi ici de reacuteserver le terme dechemin aux graphes orienteacutes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Deacutefinitions et premiers exemplesDegreacute chaicircne
ExerciceCalculez les degreacutes des sommets et le degreacute desgraphes ci-dessus
DeacutefinitionUn graphe dont tous les sommets ont le mecircme degreacute estdit reacutegulier Si le degreacute commun est k alors on dit que legraphe est k-reacutegulier
ExerciceLes graphes preacuteceacutedent sont-ils reacuteguliers
ExerciceRepreacutesentez un graphe 3-reacutegulierPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 947
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionUne chaicircne dans G est une suite de la forme(s0a1 s1a2 middot middot middot skminus1ak sk )
ayant pour eacuteleacutements alternativement des sommets (si)et des arecirctes (ai) commenccedilant et se terminant par un sommet et telle que les extreacutemiteacutes de ai soient siminus1 etsi i = 1 middot middot middot k
s0 est appeleacute le deacutepart de la chaicircne et sk lrsquoarriveacutee
Remarque On a choisi ici de reacuteserver le terme dechemin aux graphes orienteacutes
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
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DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
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un circuitun cycle
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DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
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ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionUne chaicircne dans G est une suite de la forme(s0a1 s1a2 middot middot middot skminus1ak sk )
ayant pour eacuteleacutements alternativement des sommets (si)et des arecirctes (ai) commenccedilant et se terminant par un sommet et telle que les extreacutemiteacutes de ai soient siminus1 etsi i = 1 middot middot middot k
s0 est appeleacute le deacutepart de la chaicircne et sk lrsquoarriveacutee
Remarque On a choisi ici de reacuteserver le terme dechemin aux graphes orienteacutes
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
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ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
DeacutefinitionDans un graphe (orienteacute ou non) on dit que le sommet srsquoest accessible agrave partir du sommet s srsquoil existe une chaicircnemenant de s agrave srsquo
Remarque On dit aussi qursquoon peut atteindre srsquo agrave partir des
DeacutefinitionUne chaicircne dans laquelle tous les sommets sontdiffeacuterents srsquoappelle une chaicircne eacuteleacutementaire
Remarque On parle aussi de chaicircne simpleRemarque Une chaicircne simple a forceacutement toutes sesarecirctes diffeacuterentes et ne contient eacutevidemment pas debouclePr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 1147
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Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques typesparticuliers degraphes
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
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Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplesChaicircne
Proprieacuteteacute
Eacutetant donneacute une chaicircne qui joint s et srsquo (diffeacuterents) onpeut toujours lui enlever arecirctes et sommets pour obtenirune chaicircne eacuteleacutementaire joignant s agrave srsquo
ExerciceReacutefleacutechir agrave la preuve de cette existence
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques typesparticuliers degraphes
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUne chaicircne de longueur n dont le deacutepart et lrsquoarriveacuteecoiumlncident srsquoappelle un circuit de longueur n
Exemple Une boucle est un circuit de longueur 1
DeacutefinitionUn circuit dont tous les sommets et toutes les arecirctes sontdiffeacuterentes srsquoappelle un cycle
ExerciceRepreacutesentez un graphe qui admet
un circuitun cycle
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Quelques typesparticuliers degraphes
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 4747
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
DeacutefinitionUn graphe est dit simple srsquoil ne contient pas de boucles etsrsquoil nrsquoy a pas plus drsquoune arecircte reliant deux mecircmessommets
ExerciceRepreacutesentez un graphe simple (resp qui nrsquoest passimple)
ExerciceOn srsquointeacuteresse aux graphes 3-reacuteguliers simples
Essayez de construire de tels graphes ayant 4 sommets5 sommets 6 sommets et 7 sommetsQursquoen deacuteduisez-vous
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme des degreacutes des sommets est eacutegale au double dunombre drsquoarecirctes Si chaque sommet est de degreacute 3 lasomme des degreacutes des sommets est
paire si le nombre de sommets est pairimpaire sinon
Comme cette somme doit ecirctre eacutegale agrave un nombre pair (ledouble du nombre drsquoarecirctes) seuls les graphes 3-reacuteguliersayant 4 ou 6 sommets sont possibles
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ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
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Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques typesparticuliers degraphes
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceMontrez qursquoun graphe simple a un nombre pair desommets de degreacute impair
Reacuteponse Drsquoapregraves le lemme des poigneacutees de mains lasomme S des degreacutes des sommets est eacutegale au doubledu nombre drsquoarecirctes donc cette somme est paire Drsquoautrespart S est eacutegale agrave la somme
des degreacutes pairsdes degreacutes impairs
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Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
La somme des degreacutes pairs est paire Eacutetudions la sommeSrsquo des degreacutes impairs notons i0 le nombre de sommetsde degreacutes impairs Cette somme Srsquo est eacutegale agravesumi0
k=1(2ki + 1) puisque chaque degreacute est ici impairsDonc Sprime = 2(
sumi0k=1 ki)soit Srsquo est eacutegale agrave un nombre pair
plus i0 Quand on met tout bout ) bout on obtientfinalement lrsquoeacutequation en pariteacute pair+pair+i0=pair soit i0est pair
ExerciceEst-il possible de relier 15 ordinateurs de sorte quechaque appareil soit relieacute avec exactement trois autres
Reacuteponse Non application directe de lrsquoexercicepreacuteceacutedent
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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ExerciceUn groupe de 15 fans drsquoun chanteur ceacutelegravebre possegravede lesdeux particulariteacutes suivantes
Chaque personne connaicirct au moins 7 autresToute information deacutetenue par une personne estreacutepercuteacutee dans la minute qui suit agrave ses connaissances(et uniquement agrave elles)
Quel est le temps maximal entre le moment ougrave une des15 fans apprend une chose nouvelle sur leur idole et celuiougrave le groupe entier est au courant
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Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
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En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Repreacutesentationdes graphes
Deacutefinitions et premiers exemplescircuit-cycle
Reacuteponse Lrsquoeacutemeacutetteur de lrsquoinformation est un sommet relieacuteagrave au moins 7 autres Notons I lrsquoensemble de ces sommetsIl reste au plus 7 sommets (15-(7+1)) Notons J cetensemble Chacun des sommets de J est neacutecessairementrelieacute agrave un des sommets de I sinon il ne serait relieacute qursquoagrave 6sommets Lrsquoinformation met donc au plus 2 mins
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes planaires
DeacutefinitionSi on arrive agrave dessiner le graphe sans qursquoaucune arecirctenrsquoen coupe une autre (les arecirctes ne sont pas forceacutementrectilignes) on dit que le graphe est planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe planaire
ExerciceRepreacutesentez un graphe non planaire
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Quelques types particuliers de graphesMultigraphes
En geacuteneacuteral dans ce cours les graphes eacutetudieacutes sontsimples On a cependant vu qursquoil pouvait pour un graphequelconque exister des boucles voire des arecirctesmultiples on parle dans ce cas de multigrapheExemple Un exemple de multigraphe
S = 1234A = (11) (13) (14) (23) (23) (34)
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
DeacutefinitionUn graphe est connexe srsquoil est possible agrave partir denrsquoimporte quel sommet drsquoatteindre nrsquoimporte quel autresommet du graphe (si pour tout couple de sommets (ssrsquo) il existe une chaicircne reliant s agrave srsquo)
Remarque Crsquoest en particulier le cas lorsqursquoagrave partir drsquounsommet on peut atteindre tous les autres sommets
ExerciceRepreacutesenter un graphe (non orienteacute) connexe et ungraphe non connexe
DeacutefinitionUn graphe non connexe se deacutecompose en composantesconnexesPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2247
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
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Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
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Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Quelques types particuliers de graphesGraphes connexes
Exemple Exemple drsquoun graphe nrsquoeacutetant pas connexe
S = 123456A = (13) (14) (23) (34) (56)Ici les composantes connexes sont 1234 et 56
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
DeacutefinitionUn graphe est complet si chaque sommet du graphe estrelieacute directement agrave tous les autres sommets
DeacutefinitionOn note Kn tout graphe non orienteacute simple drsquoordre n telque toute paire de sommets est relieacutee par une uniquearecircte
Proprieacuteteacute
forallnKn est complet
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Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
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Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 4447
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
Exemple Graphe complet K5
S = 12345A =(12) (13) (14) (15) (23) (24) (25) (34) (35) (45)Exemple Combien drsquoarecirctes possegravede le graphe Kn Reacuteponse Chacun des n sommets possegravede n-1 arecirctes et
chaque arecircte est ainsi compteacutee deux foisn(n minus 1)
2
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes complets
ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
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ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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ExerciceUn tournoi drsquoeacutechecs oppose 6 personnes Chaque joueurdoit affronter tous les autres
1 Construisez un graphe repreacutesentant toutes les partiespossibles2 Quel type de graphe obtenez-vous 3 Si lrsquoon ne joue qursquoun match par jour combien de joursfaudra-t-il pour terminer le tournoi 4 Aidez-vous du graphe pour reacutepondre aux problegravemessuivants
Si chaque joueur ne joue qursquoun match par jour combiende jours faudra-t-il pour terminer le tournoi Proposer un calendrier des matches
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
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Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
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Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 4447
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
DeacutefinitionUn graphe est biparti si ses sommets peuvent ecirctre diviseacutesen deux ensembles X et Y de sorte que toutes les arecirctesdu graphe relient un sommet dans X agrave un sommet dans Y
On peut se rendre compte que les graphes biparti sont lesgraphes que lrsquoon peut colorier avec au plus deuxcouleurs de sorte que deux sommets adjacents nepossegravedent jamais la mecircme couleur En drsquoautres termesles graphes bipartis sont les graphes dont le nombrechromatique est infeacuterieur ou eacutegal agrave 2 (ce terme sera deacutefiniplus proprement dans la suite du cours)
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
Le reacutesultat suivant se deacuteduit assez aiseacutementPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 2847
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceResponsable drsquoorganiser des speed datings on souhaiteplacer les diffeacuterents individus inscrits agrave une soireacuteedonneacutee dans diffeacuterentes salles de telles sorte que nul nese connaicirct dans une salle donneacutee
1 Donner un exemple ougrave cela nrsquoest pas possible2 Comment modeacuteliser ce problegraveme agrave lrsquoaide drsquoungraphe 3 Peut-on nrsquoutiliser que deux salles srsquoil est possible deplacer 3 individus autour drsquoune table de telle sorte quechaque individu connaicirct ses trois voisins Que sepasse-t-il si on remplace 3 par 5 par 7
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Proprieacuteteacute
Un graphe est biparti si et seulement il ne contient pas decycle impair
ExerciceRelier les notions de graphe biparti et de relation binaire
DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
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Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
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DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
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Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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DeacutefinitionUn graphe biparti est dit biparti complet (ou encore estappeleacute une biclique) si chaque sommet de U est relieacute agravechaque sommet de V
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Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3147
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Exemple Exemple drsquoun graphe biparti complet
S = 12345A = (12) (14) (23) (25) (34) (45)Avec les notations de la deacutefinition on a U = 135 etV = 24 ou vice versaUn tel graphe se note K32 Plus geacuteneacuteralementNOTATION On note Kmn un graphe biparti complet liantm sommets agrave n sommets
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Proprieacuteteacute
Ces graphes Kmn possegravedent mn arecirctes
ExerciceSur un eacutechiquier 3x3 les deux cavaliers noirs sont placeacutessur les cases a1 et c1 les deux cavaliers blancs occupantles cases a3 et c3 Aidez-vous drsquoun graphe pourdeacuteterminer les mouvements qui permettront aux cavaliersblancs de prendre les places des cavaliers noirs et viceversa
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Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
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Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
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Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 4347
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
Reacuteponse Faire un graphe biparti a1a3 c1 c3 drsquoun cocircteacutea2b1b2b3 c2 de lrsquoautre
avec des arecirctes quand le passage drsquoune case agrave lrsquoautre estpossible pour un cavalier (par exemple entre a1 et b3) Onoriente alors les arecirctes suivant les parcours agrave reacutealiser parles cavaliers De a1 on peut envoyer le cavalier en b3 ouc2 Mais si on lrsquoenvoie en c2 il se retrouve le coup drsquoapregravesen a3
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Quelques types particuliers de graphesGraphes biparti
ExerciceQuel est le nombre maximal drsquoarecirctes dans un graphe nonorienteacute drsquoordre n qui ne possegravede pas drsquoarecirctes parallegraveles Et si lrsquoon suppose qursquoil ne possegravede pas de boucle
Reacuteponse Le cas le pire correspond au graphe completKn et on a deacutejagrave calculeacute son nombre drsquoarecirctes
(n minus 1) + middot middot middot+ 1 =n(n minus 1)
2 Rajouter des boucles
revient dans le cas le pire agrave rajouter une arecircte surchaqursquoun des n sommets On ajoute donc n agrave ce qui
preacutecegravede pour trouvern(n minus 1)
2
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
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Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Preacutesentation La matrice drsquoincidence drsquoun graphe nonorienteacute est une matrice J agrave coefficients entiers dont leslignes sont repeacutereacutees par les sommets drsquoun graphe et lescolonnes par ses arecirctes
DeacutefinitionPar deacutefinition Jsε vaut
1 quand s est une extreacutemiteacute de lrsquoarecircte ε si celle-ci nrsquoestpas une boucle2 quand s est une extreacutemiteacute de la boucle ε0 si s nrsquoest pas une extreacutemiteacute de ε
On peut reconstituer un graphe non orienteacute agrave partir de samatrice drsquoincidence car elle donne le nombre desommets le nombre drsquoarecirctes et elle dit comment chaquearecircte est lieacutee agrave chaque sommetPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3447
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
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Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
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Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 4747
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceRepreacutesentez le graphe non orienteacute dont la matricedrsquoincidence est
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoincidences des graphes de cechapitre
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3547
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
ExerciceTrouvez pourquoiPr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3647
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 3847
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 4447
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoincidence
ExerciceReacutefleacutechir aux avantages et inconveacutenients drsquoun tel modede repreacutesentation des graphes
Proprieacuteteacute
Si s1 middot middot middot sn sont les sommets drsquoun graphe non orienteacutealors
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
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Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Preacutesentation On peut repreacutesenter un graphe non orienteacutepar une matrice drsquoadjacence
DeacutefinitionDans une matrice drsquoadjacence les lignes et les colonnesrepreacutesentent les sommets du graphe
Un 1 agrave la position (ij) signifie que le sommet i estadjacent au sommet jSinon on place un 0
En cas de boucle (pour le sommet i par exemple) onplace un 1 sur la diagonale (en position (i i))
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Remarque On aurait pu convenir de placer un 2 en casde boucle Lrsquoavantage serait de continuer agrave obtenir ledegreacute des sommets en faisant les sommes par lignes Parcontre on perdrait la possibiliteacutes eacutevoqueacutee ci-dessous dedeacuteterminer les chemins de longueur kExemple Consideacuterons le graphe G
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Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
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Voici la matrice drsquoadjacences du graphe G
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
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Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
Pr Ousmane THIARE Graphes non orienteacutes 16 avril 2020 4547
Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesMatrice drsquoadjacence
ExerciceDeacutecrivez le graphe G ci-dessous par une matricedrsquoadjacences
ExerciceRepreacutesentez les matrices drsquoadjacences des graphes dece chapitre
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Introduction
Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Deacutefinitions etpremiersexemples
Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Quelques typesparticuliers degraphes
Repreacutesentationdes graphes
Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Repreacutesentation des graphesListe drsquoadjacence
ExerciceRepreacutesentez les listes drsquoadjacence des graphes de cechapitre
ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Cette matrice a plusieurs caracteacuteristiques 1 Elle est carreacutee il y a autant de lignes que decolonnes 2 Un 1 sur la diagonale indique une boucle Si le graphenrsquoa pas de boucle alors la diagonale de sa matricedrsquoadjacence est nulle 3 La matrice drsquoadjacence drsquoun graphe non orienteacute estsymeacutetrique mij = mji
ExerciceCalculez M2 et M3 pour la matrice drsquoadjacence Mci-dessus Comparer ces matrices aux chaicircnes delongueur 2 et 3 reliant deux sommets quelconques
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
ExerciceDeacutemontrez ce reacutesultat par reacutecurrence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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ExerciceQuels sont les avantages et les inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation des graphes Comparez-laaux matrices drsquoincidencesEn particulier pour un graphe agrave m sommets et n arecirctesquelle repreacutesentation est la plus gourmande en espacemeacutemoire Cela deacutepend du nombres drsquoarecirctes
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DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
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Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
Proprieacuteteacute
Soit A la matrice drsquoadjacence drsquoun graphe G Lecoefficient (st) de Ak est le nombre de chaicircnes delongueur k qui megravenent du sommet s au sommet t
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1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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ExerciceOn pose
1 Dessinez le graphe non orienteacute ayant J pour matricedrsquoincidence2 Deacuteterminez sa matrice drsquoadjacence B3 Veacuterifiez les formules preacuteceacutedentes
le lien entre matrice drsquoincidence et degreacute des sommetsle lien entre Bk et les chaicircnes de longueur k
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Repreacutesentation des graphesProprieacuteteacutes de la matrice drsquoadjacence
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Preacutesentation
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Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Preacutesentation
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Preacutesentation
DeacutefinitionOn peut encore repreacutesenter un graphe en donnant pourchacun de ses sommets la liste des sommets auxquels ilest adjacent On parle alors de liste drsquoadjacence
Exemple On considegravere le graphe G suivant
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Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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Voici les listes drsquoadjacences de G 1 3 4 52 33 1 2 4 5 4 1 3 55 1 3 4
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ExerciceDiscuter des avantages et des inconveacutenients de cettemeacutethode de repreacutesentation On la comparera auxmatrices drsquoadjacence et drsquoincidence
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