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圖的基本概念與相關術語

1、圖(Graph)是由頂點的有窮非空集合和頂點之間邊的集合組成,通常表示為:G(V,E),其中,G表示一個圖,V是圖G中頂點的集合,E是圖G中邊的集合。

2、對於圖的定義,我們需要明確幾個注意的地方:

(1)線性表中我們把資料元素叫元素,樹中叫結點,在圖中資料元素我們則稱之為頂點(Vertex)。

(2)線性表可以沒有資料元素,稱為空表,樹中可以沒有結點,叫做空樹,而圖結構在咱國內大部分的教材中強調頂點集合V要有窮非空。

(3)線性表中,相鄰的資料元素之間具有線性關係,樹結構中,相鄰兩層的結點具有層次關係,而圖結構中,任意兩個頂點之間都可能有關係,頂點之間的邏輯關係用邊來表示,邊集可以是空的。

3、無向邊:若頂點Vi到Vj之間的邊沒有方向,則稱這條邊為無向邊(Edge),用無序偶(Vi,Vj)來表示。

下圖G1是一個無向圖,G1={V1,E1},其中V1={A,B,C,D},E1={(A,B),(B,C),(C,D),(D,A),(A,C)}

4、有向邊:若從頂點Vi到Vj的邊有方向,則稱這條邊為有向邊,也成為弧(Arc),用有序偶<Vi,Vj>來表示,Vi稱為弧尾,Vj稱為弧頭。

下圖G2是一個無向圖,G2={V2,E2},其中V2={A,B,C,D},E2={<B,A>,<B,C>,<C,A>,<A,D>}

5、簡單圖:在圖結構中,若不存在頂點到其自身的邊,且同一條邊不重複出現,則稱這樣的圖為簡單圖。

以下兩個則不屬於簡單圖:

6、無向完全圖:在無向圖中,如果任意兩個頂點之間都存在邊,則稱該圖為無向完全圖。含有n個頂點的無向完全圖有n*(n-1)/2條邊。

7、有向完全圖:在有向圖中,如果任意兩個頂點之間都存在方向互為相反的兩條弧,則稱該圖為有向完全圖。含有n個頂點的有向完全圖有n*(n-1)條邊。

8、稀疏圖和稠密圖:這裡的稀疏和稠密是模糊的概念,都是相對而言的,通常認為邊或弧數小於n*logn(n是頂點的個數)的圖稱為稀疏圖,反之稱為稠密圖。

9、有些圖的邊或弧帶有與它相關的數字,這種與圖的邊或弧相關的數叫做權(Weight),帶權的圖通常稱為網(Network)。

10、假設有兩個圖G1=(V1,E1)和G2=(V2,E2),如果V2⊆V1,E2⊆E1,則稱G2為G1的子圖(Subgraph)。

11、對於無向圖G=(V,E),如果邊(V1,V2)∈E,則稱頂點V1和V2互為鄰接點(Adjacent),即V1和V2相鄰接。邊(V1,V2)依附(incident)於頂點V1和V2,或者說邊(V1,V2)與頂點V1和V2相關聯。

12、頂點V的度(Degree)是和V相關聯的邊的數目,記為TD(V),如下圖,頂點A與B互為鄰接點,邊(A,B)依附於頂點A與B上,頂點A的度為3。

13、對於有向圖G=(V,E),如果有<V1,V2>∈E,則稱頂點V1鄰接到頂點V2,頂點V2鄰接自頂點V1。

14、以頂點V為頭的弧的數目稱為V的入度(InDegree),記為ID(V),以V為尾的弧的數目稱為V的出度(OutDegree),記為OD(V),因此頂點V的度為TD(V)=ID(V)+OD(V)。

下圖頂點A的入度是2,出度是1,所以頂點A的度是3。

15、無向圖G=(V,E)中從頂點V1到頂點V2的路徑(Path)。

下圖用紅線列舉了從頂點B到頂點D的四種不同路徑:

16、如果G是有向圖,則路徑也是有向的。

下圖用紅線列舉頂點B到頂點D的兩種路徑,而頂點A到頂點B就不存在路徑啦:

17、路徑的長度是路徑上的邊或弧的數目。

18、第一個頂點到最後一個頂點相同的路徑稱為迴路或環(Cycle)。序列中頂點不重複出現的路徑稱為簡單路徑,除了第一個頂點和最後一個頂點之外,其餘頂點不重複出現的迴路,稱為簡單迴路或簡單環。

下圖左側是簡單環,右側不是簡單環:

19、在無向圖G中,如果從頂點V1到頂點V2有路徑,則稱V1和V2是連通的,如果對於圖中任意兩個頂點Vi和Vj都是連通的,則稱G是連通圖(ConnectedGraph)。

下圖左側不是連通圖,右側是連通圖:

20、無向圖中的極大連通子圖稱為連通分量。

注意以下概念:

首先要是子圖,並且子圖是要連通的;

連通子圖含有極大頂點數;

具有極大頂點數的連通子圖包含依附於這些頂點的所有邊。

21、在有向圖G中,如果對於每一對Vi到Vj都存在路徑,則稱G是強連通圖。

有向圖中的極大強連通子圖稱為有向圖的強連通分量。

下圖左側並不是強連通圖,右側是。並且右側是左側的極大強連通子圖,也是左側的強連通分量。

22、所謂的一個連通圖的生成樹是一個極小的連通子圖,它含有圖中全部的n個頂點,但只有足以構成一棵樹的n-1條邊。

不是 

23、如果一個有向圖恰有一個頂點入度為0,其餘頂點的入度均為1,則是一棵有向樹。