majitelů nejméně 1 fotografie s více než 100 000 zobrazeními !
Je tak jasné, že náš globální dosah a význam bude dále růst.
Graf (teorie grafů)
Z Multimediaexpo.cz
(+ Výrazné vylepšení) |
(+ Aktualizace) |
||
(Není zobrazena jedna mezilehlá verze.) | |||
Řádka 1: | Řádka 1: | ||
- | + | [[Soubor:Graf-2007.png|thumb|240px|Základní pojmy [[teorie grafů]]]] | |
+ | '''Graf''' je základním objektem [[teorie grafů]]. Jedná se o reprezentaci množiny objektů, u které chceme znázornit, že některé prvky jsou propojeny. Objektům se přiřadí '''vrcholy''' a jejich propojení značí '''hrany''' mezi nimi. Významově se tak překrývá s pojmem [[binární relace]], o grafech se ale mluví hlavně v kontextu relací nad konečnými množinami. Grafy slouží jako abstrakce mnoha různých problémů. Často se jedná o zjednodušený model nějaké skutečné sítě (například dopravní), který zdůrazňuje [[Topologie|topologické]] vlastnosti objektů (vrcholů) a zanedbává geometrické vlastnosti, například přesnou polohu. Může jít ale o v podstatě jakékoliv dobře definované vztahy mezi objekty, například na [[Sociální síť|sociální síti]] můžeme studovat graf uživatelů (vrcholy) a jejich vzájemná propojení (hrany). | ||
+ | == Definice == | ||
+ | Nejobecněji můžeme '''orientovaný graf''' definovat jako trojici <big> | ||
+ | |||
+ | '''Neorientovaný graf''' můžeme definovat analogicky, s tím rozdílem, že zobrazení incidence je <big> | ||
+ | |||
+ | Ekvivalentně můžeme pro '''neorientovaný graf''' použít definici pro [[orientovaný graf]] a vyžadovat vlastnost, že pro každou dvojici vrcholů <big> | ||
+ | |||
+ | == Varianty == | ||
+ | * Grafu, který obsahuje '''smyčky''', tj. hrany, které začínají i končí ve stejném vrcholu se někdy říká '''pseudograf'''. V aplikacích se běžně smyčky neuvažují. | ||
+ | * Pro definici grafu s paralelními hranami můžeme místo použití zobrazení incidence <big> | ||
+ | * Zobecněním grafu takovým, že hrany nemusí obsahovat právě dva vrcholy, je '''[[hypergraf]]'''. | ||
+ | |||
+ | == Okolí vrcholu == | ||
+ | === Sousedství === | ||
+ | Pokud jsou dva vrcholy spojeny hranou, říká se, že spolu '''sousedí'''. Všechny vrcholy, se kterými daný vrchol ''v'' sousedí, jsou jeho '''sousedství''' nebo '''okolí''' ''N(v)''. <big> | ||
+ | |||
+ | === Stupeň === | ||
+ | {{Podrobně|Stupeň vrcholu}} | ||
+ | '''Stupeň vrcholu''' ''deg(v)'' je velikost jeho sousedství. V případě orientovaných grafů se rozlišuje vstupní stupeň ''deg<sup>+</sup>(v)'', počet hran, které vcházejí do vrcholu ''v'', a výstupní stupeň ''deg<sup>−</sup>(v)'', počet hran, které vychází z vrcholu ''v''. | ||
+ | |||
+ | <big> | ||
+ | |||
+ | <big> | ||
+ | |||
+ | <big> | ||
+ | |||
+ | === Regularita === | ||
+ | {{Podrobně|Regulární graf}} | ||
+ | Graf je ''' ''k''-regulární''', pokud mají všechny jeho vrcholy stupeň právě ''k''. | ||
+ | |||
+ | === Skóre === | ||
+ | {{Podrobně|Skóre grafu}} | ||
+ | '''Skóre grafu''' je multimnožina stupňů všech vrcholů. | ||
+ | |||
+ | === Princip sudosti === | ||
+ | Platí rovnost <big> | ||
+ | |||
+ | === Speciální stupně grafu === | ||
+ | Často se používají hodnoty minimálního a maximálního stupně přes všechny vrcholy, minimální stupeň <big> | ||
+ | stupeň <big> | ||
+ | |||
+ | == Podgrafy a minory == | ||
+ | |||
+ | === Odebrání hrany === | ||
+ | Pokud ''e'' je hrana grafu ''G'', ''G-e'' označuje graf na stejné množině vrcholů s množinou hran <big> | ||
+ | |||
+ | === Odebrání vrcholu === | ||
+ | Pokud ''v'' je vrchol grafu ''G'', ''G-v'' označuje graf na množině vrcholů <big> | ||
+ | tedy <big> | ||
+ | |||
+ | === Podgraf === | ||
+ | {{Podrobně|Podgraf}} | ||
+ | Graf ''G'' je '''podgraf''' grafu ''G’'', pokud může vzniknout z ''G’'' odebráním nějakých vrcholů a hran. | ||
+ | |||
+ | === Indukovaný podgraf === | ||
+ | Graf ''G'' je '''[[Podgraf|indukovaný podgraf]]''' grafu ''G’'', pokud může vzniknout z ''G’'' odebráním nějakých vrcholů. | ||
+ | |||
+ | === Kontrakce hrany === | ||
+ | Pokud ''e''=''{u,v}'' je hrana grafu ''G'', ''G.e'' označuje graf, který vznikne z G odstraněním ''e'' a identifikací vrcholů ''u'' a ''v''. Pokud má vzniknout obyčejný graf, požaduje se odstranění násobných hran a smyček, které mohly vzniknout. | ||
+ | |||
+ | === Minor === | ||
+ | {{Podrobně|Minor (teorie grafů)|}} | ||
+ | Graf ''G'' je '''minor''' grafu ''G’'', pokud může vzniknout z ''G’'' odebráním nějakých vrcholů a hran a kontrakcí hran. | ||
+ | |||
+ | == Sledy, tahy, cesty == | ||
+ | |||
+ | === Sled === | ||
+ | {{Podrobně|Sled (graf)}} | ||
+ | '''Sled''' v grafu je [[posloupnost]] vrcholů taková, že mezi každými dvěma po sobě jdoucími je hrana. | ||
+ | |||
+ | === Tah === | ||
+ | {{Podrobně|Tah (graf)}} | ||
+ | '''Tah''' v grafu je sled, ve kterém se neopakují hrany. | ||
+ | |||
+ | === Cesta === | ||
+ | {{Podrobně|Cesta (graf)|}} | ||
+ | '''Cesta''' je sled, ve kterém se neopakují vrcholy, tedy každý vrchol se v cestě objevuje nejvýše jednou. Existuje-li mezi dvěma vrcholy sled v grafu, existuje mezi nimi i cesta (protože každý úsek mezi dvěma výskyty stejného vrcholu se dá „vystřihnout“). | ||
+ | |||
+ | Na všechny tyto pojmy se dá také nahlížet jako na podgraf. | ||
+ | |||
+ | == Souvislost == | ||
+ | Graf je [[Souvislý graf|'''souvislý''']], pokud mezi každými dvěma vrcholy existuje cesta. V případě orientovaných grafů se mluví o '''silné souvislosti''', pokud mezi každými dvěma vrcholy v obou směrech existuje cesta respektující orientaci. | ||
+ | |||
+ | === Komponenta souvislosti === | ||
+ | {{Podrobně|Komponenta grafu|}} | ||
+ | '''Komponenta souvislosti''' je každý v [[inkluze|inkluzi]] maximální souvislý podgraf. Souvislé grafy jsou právě ty, co mají pouze jednu komponentu souvislosti. U orientovaných grafů se navíc rozlišují '''[[Silně souvislá komponenta|silně souvislé komponenty]]'''. | ||
+ | |||
+ | == Důležité typy grafů == | ||
+ | * [[Strom (graf)|Strom]] | ||
+ | * [[Cesta (graf)|Cesta]] | ||
+ | * [[Kružnice (graf)|Kružnice]] | ||
+ | * [[Úplný graf]] | ||
+ | * [[Bipartitní graf]] | ||
+ | |||
+ | == Reprezentace grafu == | ||
+ | * ''„obrázkem“'', správně řečeno ''nakreslením'': viz [[rovinný graf]] | ||
+ | * ''[[matice sousednosti|maticí sousednosti]]'': je-li |''V''| = n, pak čtvercová [[matice]] sousednosti ''A'' je typu <big> | ||
+ | * ''maticí vzdálenosti'': jsou-li hrany grafu ohodnocené, lze výše uvedenou matici modifikovat tak, že místo jedničky je na daném pozici uvedeno ohodnocení (délka) příslušné hrany | ||
+ | * ''Laplaceovou maticí'': opět [[čtvercová matice]], tentokrát typu <big> | ||
+ | :<big> | ||
+ | * ''maticí incidence'': je-li |''V''| = n a |''E''| = m, pak matice incidence je typu <big> | ||
+ | :<big> | ||
+ | :Jinými slovy, každá hrana má 1 u vrcholu kde začíná a -1 u vrcholu kde končí. U neorientovaných grafů je vždy +1 když je hrana v incidenci s vrcholem. | ||
+ | |||
+ | Pro neorientovaný graf: | ||
+ | [[Soubor:Incidence matrix - undirected graph.png|240px|Neorientovaný graf a jeho matice incidence]] | ||
+ | Pro orientovaný graf: | ||
+ | [[Soubor:Incidence matrix - directed graph.png|240px|Orientovaný graf a jeho matice incidence]] | ||
+ | * ''seznamem sousedů'': je-li |''V''| = n, uspořádáme vrcholy grafu do [[pole (informatika)|pole]] velikosti n a v i-tém prvku tohoto pole bude [[ukazatel (informatika)|ukazatel]] na [[spojový seznam]] vrcholů, které s vrcholem ''i'' sousedí. Toto uspořádání je vhodné při množství údajů menším než n^2. Tj. při ostře menším počtu hran než n^2, kde n je počet vrcholů. Jedná se o tzv. řídké grafy, kterých je v prostředí sítí nejvíce. | ||
+ | |||
+ | == Izomorfismus grafů == | ||
+ | Grafy ''G'' a ''G’'' jsou ''[[izomorfismus|izomorfní]]'' právě tehdy, když existuje taková [[bijekce]] <big> | ||
+ | Tedy zhruba řečeno, G a G' se liší pouze „očíslováním“ svých vrcholů. | ||
+ | |||
+ | == Ohodnocení grafu == | ||
+ | Pro některé účely se vrcholy nebo hrany grafu ohodnocují, například reálnými čísly, pomocí ohodnocovací funkce <big> | ||
+ | |||
+ | == Literatura == | ||
+ | * Doc. Ing. Vítečková Miluše CSc., Bc. Přidal Petr, Ing. Koudela Tomáš: ''Teorie grafů,'' Technická univerzita Ostrava, Listopad 2015, [http://books.fs.vsb.cz/SystAnal/texty/21.htm Dostupné online] | ||
+ | * Jiří Matoušek, Jaroslav Nešetřil: ''Kapitoly z diskrétní matematiky'', nakladatelství Karolinum, Praha 2002, ISBN: 80-246-0084-6 | ||
+ | * Roman Čada, Tomáš Kaiser, Zdeněk Ryjáček: ''Diskrétní matematika'', Západočeská univerzita v Plzni, Březen 2004, ISBN: 80-7082-939-7 | ||
+ | * Zdeněk Ryjáček: ''Pracovní texty přednášek Teorie grafů a diskrétní optimalizace 1'' [https://web.archive.org/web/20060523001515/http://www.cam.zcu.cz/~ryjacek/students/ps/TGD1.pdf Volně ke stažení, PDF verze] | ||
+ | * prof. RNDr. Radim Bělohlávek, DSc.: ''Algoritmická matematika 2'' [http://belohlavek.inf.upol.cz/vyuka/algoritmicka-matematika-2-1.pdf Volně ke stažení, PDF verze] | ||
+ | * Jiří Demel: ''Grafy a jejich aplikace'', nakladatelství Academia, Praha 2002, ISBN: 80-200-0990-6 | ||
+ | == Externí odkazy == | ||
+ | |||
+ | {{Commonscat|Graph (discrete mathematics)}}{{Článek z Wikipedie}} | ||
[[Kategorie:Teorie grafů]] | [[Kategorie:Teorie grafů]] | ||
[[Kategorie:Grafové pojmy]] | [[Kategorie:Grafové pojmy]] |
Aktuální verze z 30. 5. 2025, 10:11

Graf je základním objektem teorie grafů. Jedná se o reprezentaci množiny objektů, u které chceme znázornit, že některé prvky jsou propojeny. Objektům se přiřadí vrcholy a jejich propojení značí hrany mezi nimi. Významově se tak překrývá s pojmem binární relace, o grafech se ale mluví hlavně v kontextu relací nad konečnými množinami. Grafy slouží jako abstrakce mnoha různých problémů. Často se jedná o zjednodušený model nějaké skutečné sítě (například dopravní), který zdůrazňuje topologické vlastnosti objektů (vrcholů) a zanedbává geometrické vlastnosti, například přesnou polohu. Může jít ale o v podstatě jakékoliv dobře definované vztahy mezi objekty, například na sociální síti můžeme studovat graf uživatelů (vrcholy) a jejich vzájemná propojení (hrany).
Obsah[skrýt] |
Definice
Nejobecněji můžeme orientovaný graf definovat jako trojici
Neorientovaný graf můžeme definovat analogicky, s tím rozdílem, že zobrazení incidence je
Ekvivalentně můžeme pro neorientovaný graf použít definici pro orientovaný graf a vyžadovat vlastnost, že pro každou dvojici vrcholů
Varianty
- Grafu, který obsahuje smyčky, tj. hrany, které začínají i končí ve stejném vrcholu se někdy říká pseudograf. V aplikacích se běžně smyčky neuvažují.
- Pro definici grafu s paralelními hranami můžeme místo použití zobrazení incidence
ekvivalentně uvažovat o jako o multimnožině. Graf s více hranami mezi týmiž vrcholy se také říká multigraf a paralelním (rovnoběžným) hranám se říká multihrany - Zobecněním grafu takovým, že hrany nemusí obsahovat právě dva vrcholy, je hypergraf.
Okolí vrcholu
Sousedství
Pokud jsou dva vrcholy spojeny hranou, říká se, že spolu sousedí. Všechny vrcholy, se kterými daný vrchol v sousedí, jsou jeho sousedství nebo okolí N(v).
Stupeň
- Podrobnější informace naleznete na stránce: Stupeň vrcholu
Stupeň vrcholu deg(v) je velikost jeho sousedství. V případě orientovaných grafů se rozlišuje vstupní stupeň deg+(v), počet hran, které vcházejí do vrcholu v, a výstupní stupeň deg−(v), počet hran, které vychází z vrcholu v.
Regularita
- Podrobnější informace naleznete na stránce: Regulární graf
Graf je k-regulární, pokud mají všechny jeho vrcholy stupeň právě k.
Skóre
- Podrobnější informace naleznete na stránce: Skóre grafu
Skóre grafu je multimnožina stupňů všech vrcholů.
Princip sudosti
Platí rovnost
Speciální stupně grafu
Často se používají hodnoty minimálního a maximálního stupně přes všechny vrcholy, minimální stupeň
Podgrafy a minory
Odebrání hrany
Pokud e je hrana grafu G, G-e označuje graf na stejné množině vrcholů s množinou hran
Odebrání vrcholu
Pokud v je vrchol grafu G, G-v označuje graf na množině vrcholů
Podgraf
- Podrobnější informace naleznete na stránce: Podgraf
Graf G je podgraf grafu G’, pokud může vzniknout z G’ odebráním nějakých vrcholů a hran.
Indukovaný podgraf
Graf G je indukovaný podgraf grafu G’, pokud může vzniknout z G’ odebráním nějakých vrcholů.
Kontrakce hrany
Pokud e={u,v} je hrana grafu G, G.e označuje graf, který vznikne z G odstraněním e a identifikací vrcholů u a v. Pokud má vzniknout obyčejný graf, požaduje se odstranění násobných hran a smyček, které mohly vzniknout.
Minor
- Podrobnější informace naleznete na stránce: Minor (teorie grafů)
Graf G je minor grafu G’, pokud může vzniknout z G’ odebráním nějakých vrcholů a hran a kontrakcí hran.
Sledy, tahy, cesty
Sled
- Podrobnější informace naleznete na stránce: Sled (graf)
Sled v grafu je posloupnost vrcholů taková, že mezi každými dvěma po sobě jdoucími je hrana.
Tah
- Podrobnější informace naleznete na stránce: Tah (graf)
Tah v grafu je sled, ve kterém se neopakují hrany.
Cesta
- Podrobnější informace naleznete na stránce: Cesta (graf)
Cesta je sled, ve kterém se neopakují vrcholy, tedy každý vrchol se v cestě objevuje nejvýše jednou. Existuje-li mezi dvěma vrcholy sled v grafu, existuje mezi nimi i cesta (protože každý úsek mezi dvěma výskyty stejného vrcholu se dá „vystřihnout“).
Na všechny tyto pojmy se dá také nahlížet jako na podgraf.
Souvislost
Graf je souvislý, pokud mezi každými dvěma vrcholy existuje cesta. V případě orientovaných grafů se mluví o silné souvislosti, pokud mezi každými dvěma vrcholy v obou směrech existuje cesta respektující orientaci.
Komponenta souvislosti
- Podrobnější informace naleznete na stránce: Komponenta grafu
Komponenta souvislosti je každý v inkluzi maximální souvislý podgraf. Souvislé grafy jsou právě ty, co mají pouze jednu komponentu souvislosti. U orientovaných grafů se navíc rozlišují silně souvislé komponenty.
Důležité typy grafů
Reprezentace grafu
- „obrázkem“, správně řečeno nakreslením: viz rovinný graf
- maticí sousednosti: je-li |V| = n, pak čtvercová matice sousednosti A je typu
a platí . Pokud je graf neorientovaný, stačí na jeho reprezentaci (horní nebo dolní) trojúhelníková matice. - maticí vzdálenosti: jsou-li hrany grafu ohodnocené, lze výše uvedenou matici modifikovat tak, že místo jedničky je na daném pozici uvedeno ohodnocení (délka) příslušné hrany
- Laplaceovou maticí: opět čtvercová matice, tentokrát typu
, pro niž platí
- maticí incidence: je-li |V| = n a |E| = m, pak matice incidence je typu
a platí
- Jinými slovy, každá hrana má 1 u vrcholu kde začíná a -1 u vrcholu kde končí. U neorientovaných grafů je vždy +1 když je hrana v incidenci s vrcholem.
Pro neorientovaný graf:
Pro orientovaný graf:
- seznamem sousedů: je-li |V| = n, uspořádáme vrcholy grafu do pole velikosti n a v i-tém prvku tohoto pole bude ukazatel na spojový seznam vrcholů, které s vrcholem i sousedí. Toto uspořádání je vhodné při množství údajů menším než n^2. Tj. při ostře menším počtu hran než n^2, kde n je počet vrcholů. Jedná se o tzv. řídké grafy, kterých je v prostředí sítí nejvíce.
Izomorfismus grafů
Grafy G a G’ jsou izomorfní právě tehdy, když existuje taková bijekce
Ohodnocení grafu
Pro některé účely se vrcholy nebo hrany grafu ohodnocují, například reálnými čísly, pomocí ohodnocovací funkce
Literatura
- Doc. Ing. Vítečková Miluše CSc., Bc. Přidal Petr, Ing. Koudela Tomáš: Teorie grafů, Technická univerzita Ostrava, Listopad 2015, Dostupné online
- Jiří Matoušek, Jaroslav Nešetřil: Kapitoly z diskrétní matematiky, nakladatelství Karolinum, Praha 2002, ISBN: 80-246-0084-6
- Roman Čada, Tomáš Kaiser, Zdeněk Ryjáček: Diskrétní matematika, Západočeská univerzita v Plzni, Březen 2004, ISBN: 80-7082-939-7
- Zdeněk Ryjáček: Pracovní texty přednášek Teorie grafů a diskrétní optimalizace 1 Volně ke stažení, PDF verze
- prof. RNDr. Radim Bělohlávek, DSc.: Algoritmická matematika 2 Volně ke stažení, PDF verze
- Jiří Demel: Grafy a jejich aplikace, nakladatelství Academia, Praha 2002, ISBN: 80-200-0990-6
Externí odkazy
|
[zobrazit] Náklady na energie a provoz naší encyklopedie prudce vzrostly. Potřebujeme vaši podporu... Kolik ?? To je na Vás. Náš FIO účet — 2500575897 / 2010 |
---|