Grafos, percursos e isomorfismos
Arestas, graus, matrizes, conectividade, árvores, distâncias e isomorfismos.
Grafos
- Um grafo simples não dirigido usa pares não ordenados de vértices distintos, sem laços nem arestas repetidas. Os grafos deste tópico são finitos.
- Um dígrafo usa pares ordenados; e são ligações diferentes e o dígrafo pode ter laços.
- Um multigrafo admite arestas paralelas e tem de as distinguir.
- Um subgrafo conserva os extremos das arestas escolhidas. O subgrafo induzido por conserva todas as arestas entre vértices de . O complemento, no caso simples, usa os pares distintos ausentes, no mesmo .
| Família | Arestas |
|---|---|
| , | |
| vértices, arestas | |
| ciclo de vértices mais centro; arestas |
induz ; escolher vértices de uma só parte dá zero arestas.
Graus e matriz
Para um grafo simples não dirigido:
- O número de vértices de grau ímpar é par; cada grau satisfaz . Estas condições são necessárias, não suficientes.
- No dígrafo, a soma das entradas e a soma das saídas valem ambas .
A matriz de adjacência usa a linha para a origem e a coluna para o destino. No caso não dirigido simples é simétrica com diagonal zero; cada linha soma o grau. No dígrafo, a linha soma a saída e a coluna soma a entrada.
Percursos
| Percurso | Condição da repetição |
|---|---|
| Passeio | pode repetir arestas e vértices |
| Trilho | não repete arestas |
| Caminho | não repete vértices |
| Circuito | é um trilho fechado |
| Ciclo | é um caminho fechado, só repete a origem no fim |
- O comprimento conta as arestas. No dígrafo, cada passo respeita a direção.
- Todo o caminho é um trilho; todo o trilho é um passeio. A expressão “caminho de Euler” num enunciado pode significar trilho; confere se o enunciado exige arestas distintas.
Conectividade
- Um grafo não dirigido é conexo quando há um caminho entre quaisquer dois vértices. As componentes são maximais; um vértice isolado conta como componente.
- Um dígrafo é fortemente conexo quando há um caminho dirigido para cada par ordenado. É fracamente conexo quando é conexo ao ignorar as direções.
O desenho é fracamente conexo, mas não fortemente conexo: não se regressa de a .
Árvores
- Uma árvore é conexa e sem ciclos. Há exatamente um caminho entre cada par de vértices.
- Uma árvore com vértices tem arestas. Uma floresta com vértices e componentes tem arestas.
- Retirar uma aresta desconecta a árvore; juntar dois vértices já ligados cria um ciclo.
- Uma árvore abrangente mantém todos os vértices do grafo conexo e escolhe arestas sem ciclos.
Distâncias
A distância é o mínimo, com e sem caminho. É simétrica no caso não dirigido e satisfaz .
Dijkstra, só com pesos não negativos:
- Põe a origem a e os restantes vértices a .
- Fixa o vértice provisório com menor distância ainda não fixado.
- Melhora cada vizinho por .
Um vértice fixado nunca melhora. Menos arestas não implica menor peso.
Isomorfismos
é isomorfismo quando é bijeção e preserva adjacência nos dois sentidos:
- Para provar o isomorfismo, apresenta a bijeção e verifica as ligações nos dois sentidos.
- Para refutar, compara invariantes: vértices, arestas, graus, componentes, ciclos. Graus iguais não bastam.
tem uma componente; os dois triângulos têm duas.