图的基本概念

article/2025/9/22 11:12:49

图的基本概念

一个图 G 它可以由顶点集(图 G 中顶点的有限非空集) V 和边集(图 G 中顶点之间的关系集合) E 所组成。图中顶点个数也可以称为图的阶;任何一条边的两头必须连接某一个顶点。图不可以是空,即顶点集 V 一定是非空集,但边集 E 可以是空集。

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有向图无向图
无向图里的各条边我们可以把它称为无向边(或者简称弧)有向图里把各条边称为有向边(或者简称为边)
<v,w>,v:弧尾 w:弧头 弧头弧尾顺序调换表示的不一样(v,w) 或(w,v) 这两种方式等价

简单图:在这个图里不存在重复的边,并且也不存在顶点到自身的边。

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多重图

一个图里存在重复的两条边或者自身连向自身的边。

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顶点的度

在无向图中,指依附于这个顶点的边到底有多少条,记为 TD(V),V指的是某一特定的点。

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在有向图中,入度是以顶点为终点的有向边的数目,记为 ID(V);出度是以顶点为起点的有向边的数目,记为 OD(V);顶点 v 的度等于入度和出度之和 TD(V) = ID(V) + OD(V).

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路径-----顶点 vp 到顶点 vq 之间的一条路径是指顶点序列

回路-----第一个顶点和最后一个顶点相同的路径称为回路或环

简单路径-----在路径序列中,顶点不重复出现的路径称为简单路径

简单回路-----除了第一个顶点和最后一个顶点之外,其余的顶点都不重复出现的回路

路径长度-----两个顶点之间的路径,这个路径上总共有多少条边

点到点的距离-----两个顶点之间最短路径的长度作为顶点到顶点之间的距离;如果两个顶点之间根本就不存在路径的话,那么我们需要把它们之间的距离记为∞(无穷)。

无向图中,若从顶点v到顶点w有路径存在,则称v和w是连通的;有向图中,若从顶点v到顶点w和从顶点w到顶点v之间都有路径,则称这两个顶点是强连通的.

注意:

  1. 对于 n 个顶点的无向图 G, 若 G 是连通图,则最少有 n -1 条边; 若 G 是非连通图,则最少有请添加图片描述条边.

  2. 对于 n 个顶点的有向图 G, 若 G 是强连通图,则最少有 n 条边(形成回路)

子图与生成子图

子图:一个图里边有一些顶点集和边集,取出几个顶点,然后再取出整个边集当中的某一个子集,用这样的方式构建的这个图就是原图的一个子图。注意并不是从原图当中任意选择几个顶点,任意选择几条边都能构成子图的,因为子图首先它必须是一个图。

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生成子图:子图里边包含了原图当中的所有顶点,那么这个子图就可以称为原图的一个生成子图。

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对于有向图的子图和生成图的概念一样。

连通分量(无向图)与强连通分量(有向图)

连通分量:无向图中的极大连通子图(子图必须连通,且包含尽可能多的顶点和边

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强连通分量

如图在图 G 中A,B,E,C,D是强连通的,将这个部分择出来就是一个极大的强连通分量。而顶点 F 和 A,B,C,D,E不是强连通的(从其他顶点到 F 的路径存在,而 F 到其他顶点的路径不存在),所以 F 和 A,B,C,D,E是不强连通的。

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生成树和生成森林

生成树:对于一个连通的无向图,它的生成树指的是这个图里边的全部顶点的一个极小的连通的子图。也就是说这个子图它要包含原图里边的全部顶点,要包含全部顶点,同时要保证这个子图连通,而且要极小(指在这个子图里边的边要尽可能的少,但要保持连通)。若图中顶点数为 n ,则他生成树含有 n-1 条边。若砍去一条边,则会变成非连通图;若加上一条边则会形成一个回路。

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生成森林:在非连通图中,连通分量的生成树构成了非连通图的生成森林。

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边的权,带权图/网,带权路径长度

边的权------为图中的每条边标上具有特殊含义的数值,这个数值则为边的权。

带权图/网------边上带有权值的图称为带权图(或网)

带权路径长度------指这条路径上所有的边的权值之和称为带权路径长度

特殊形态的图

无向完全图------其中的任何两个顶点之间都存在边请添加图片描述

有向完全图------其中的任意两个顶点之间都存在着方向相反的两条弧请添加图片描述
稀疏图------边很少的图

稠密图------边很多的图
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------图里边不存在回路,并且这个图中各个节点是相互连通的,它是一个连通图。那么这种形状的图其实就是一个树

对于 n 个顶点的数一定有 n 减一条边,如果说 n 个顶点的图它的边大于 n-1 条,那么这个图一定是有回路的
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对于无向图来说,森林里边各个子图是极小的,同时各个子图又是连通的。

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有向树:只有一个顶点的入度是0,然后其他所有顶点的入度都是1

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注意:树是一个连通图,各个顶点之间是连通的,但是有向树,它并不是一个强连通图。
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