图论作业 1

一、填空题

1. 非同构的 4 阶和 5 阶树的个数分别为 2 和 3

方法:按照树中存在的最长路进行枚举 (从 2 开始)

注意:对于 n≥2 的树来说,路的最短长度为 2

2

2. n 阶 k 正则图 G 的补图的边数为 [n(n−1)−nk]/2

考点一:完全图每个点的度数是 (n−1) ✨

考点二:一个图和其补图的并是完全图 ⇒ 一个点在原图和补图中的度数和为 (n−1)

图 G 是 k 正则,那么图 G 的补图为 (n−1−k) 正则。故补图的度数之和为 d(G―)=n(n−1−k)

根据握手定理:m=d(G―)/2=n(n−1−k)/2

3. 设图 G=(n,m) 中各顶点度数均为 3,且 2n=m+3,则 n = 6,m = 9

考点:握手定理

根据握手定理:2m=3n

4. 设简单图 G 的邻接矩阵为 A,且

A2=(3112012111113022102001202)

则图 G 的边数为 6

考点:邻接矩阵的性质

定理 10:令 G 是一个有推广邻接矩阵 A 的 p 阶标定图,则 An 的 i 行 j 列元素 aij(n) 等于由 vi 到 vj 的长度为 n 的途径的数目

推论:设 A 为简单图 G 的邻接矩阵,则:A2 的元素 aii(2) 是 vi 的度数。A3 的元素 aii(3) 是含 vi 的三角形的数目的两倍 (考过填空)

5. 设 G 是一个完全 l 部图,ni 是第 i 部分的顶点数,则它的边数为 ∑1≤i≤j≤lninj

考点:完全多部图的概念与结构

完全 l 部图 Kn1,n2,⋯,nl 的点数:∑i=1lni;边数:∑1≤i<j<≤lninj (考过填空)

6. 设 G 是 n 阶简单图,且不含完全子图 K3,则其边数一定不会超过 ⌊n2/4⌋

考点:Turán 定理

定理 18 (Turán):若 G 是 n 阶简单图,并且不包含 Kl+1,则边数 m(G)≤m(Tl,n)。此外,仅当 G≅Tl,n 时,m(G)=m(Tl,n)

✨ 计算公式: Kl+1∉G,则 m(Tl,n)=Cl2(n/l)2

  • 例: n 阶简单图 G,K3∉G,则 G 最多有 ⌊n2/4⌋ 条边 ⇒m(G)≤m(T2,n)=C22(n/2)2=(n/2)2
  • 例: 9 阶简单图 G,K4∉G,则 G 最多有 27 条边 ⇒m(G)≤m(T3,9)=C32(9/3)2=3×(9/3)2=27

7. 设 n 阶图 G 是具有 k 个分支的森林,则其边数为 n−k

树的边数 = 顶点数 - 1

森林的边数 = 顶点数 - 连通分支数

8. 一棵树有 ni 个度为 i 的结点,i=2,3,⋯,k,则它有 ∑i=2kni(i−2)+2 个度数为 1 的顶点

考点:握手定理 + 树的性质(边数 = 顶点数 - 1)

m=n−1,其中 n=∑i=1kni

由握手定理:2m=d(T)=∑i=1k(i×ni)

故:2(∑i=1kni−1)=∑i=1k(i×ni)

整理得:n1=2+(3−2)n3+(4−2)n4+⋯+(k−2)nk=∑i=2kni(i−2)+2

9. 完全图 K5 的生成树的个数为 55−2=125

定理 27:τ(Kn)=nn−2

二、不定项选择题
  1. 关于图的度序列,下列命题正确的是(ABCD)

考点:度序列 && 图序列

关系:简单图的度序列简称图序列

注意:判断非负整数序列是否为简单图的度序列暂无好的方法,只有等价转换的方法

A 显然正确(已经默认递增或递减排列)

B 正确:定理 3:非负整数组 (d1,d2,⋯,dn) 是图的度序列的充分必要条件是:∑di 为偶数

C 正确: 定理 20:每棵非平凡树至少有两片树叶

D 正确:存在一棵非平凡树,以该序列为度序列的充要条件 d1+d2+⋯+dn=2(n−1)=2m⇒ 握手定理

E 错误:先有度弱或度优,才有度数之和小于或大于;反过来不成立

F 错误:不止确定一个图

  1. 对于序列 (7,5,4,3,3,2),下列说法正确的是(BD)

考点:度序列 && 图序列

对于简单图,顶点的最大度 ≤ 顶点数 - 1

A 错 B 对 C 错:对于该题,长度为 6,说明有 6 个点,同时最大度为 7,显然不是简单图!!

D 对 E 错:定理 3:非负整数组 (d1,d2,⋯,dn) 是图的度序列的充分必要条件是:∑di 为偶数

  1. 下列说法错误的是(ACE)

A 错误:image-20220303201051460 闭途径(u→v→u),但不存在圈

B 正确:定理 9:一个图是偶图当且仅当它不包含奇圈

C 错误:可能存在长度不为 3 的奇圈,如 5,7 等等

D 正确:即便在有向图中,也存在弱连通

E 错误:定理 5:一个简单图 G 的 n 个点的度不能互不相同

  1. 关于简单图 G 的邻接矩阵 A,下列说法错误的是(C)

考点:简单图邻接矩阵的性质

A 正确:矩阵 A 的「行和」或「列和」等于该「行」或「列」对应顶点的度数

B 正确:所有元素之和等于度数之和,根据握手定理判断正确

C 错误:矩阵的所有特征值之和等于矩阵的迹;矩阵的迹又是矩阵主对角线上的元素之和;对于简单图,邻接矩阵主对角线元素均为 0

D 正确:所有特征值的平方和等于 A2 的所有特征值之和;A2 的迹就是主对角线之和,也就是图的所有度数之和,就等于边数的两倍

E 显然正确

F 正确:无法解释,因为不懂!!!😭😭😭

  1. 图 G=(n,m) 一定是树的是(BDE)

考点:树的基本性质

A 错误:树是连通的无圈图

B 正确:回路是边不重圈的并;无回路肯定无圈,加一条边有回路,肯定就有圈

C 错误:每对顶点间存在唯一的一条路

D E 显然正确

三、解答题
  1. 设无向图 G 有 10 条边,3 度与 4 度顶点各 2 个,其余顶点度数均小于 3,问 G 中至少有几个顶点?在顶点数最少的情况下,写出 G 的度序列,该度序列是一个图序列吗?

考点:握手定理 + 图序列

解:由于求顶点数量最少,故假设 0 度顶点为 0 个,1 度顶点为 0 个,同时设 2 度顶点有 d2 个

根据握手定理得:10×2=2×d2+2×3+2×4;解得:d2=3

所以 G 中至少有 7 个顶点;图 G 的度序列为 (4,4,3,3,2,2,2)

根据 Havel-Hakimi 定理,可得下面推导过程:

π1=(3,2,2,1,2,2)⇒π1=(3,2,2,2,2,1)

π2=(1,1,1,2,1)⇒π2=(2,1,1,1,1)

π3=(0,0,1,1)

显然 π3 是可图的,所以 (4,4,3,3,2,2,2) 是可图的

  1. 证明整数序列 (6,3,4,2,2,5,2) 是简单图的度序列,并构造一个对应的简单图。

考点:图序列

注意:利用等价转换的方法,前提需要对度序列排序(递减)

证明:根据 Havel-Hakimi 定理,首先排序 π=(6,5,4,3,2,2,2)

π1=(4,3,2,1,1,1)→π2=(2,1,0,0,1)

显然 π2 是可图的,因此 (6,3,4,2,2,5,2) 是可图的

4

  1. 设 G 与其补图的边数分别为 m1 和 m2,求 G 的阶数。

解:设图 H=G⋃G―,图 G 的阶数为 n

显然图 H 为完全图 Kn

根据握手定理得:n(n−1)=2(m1+m2)

解得:n=1±1+8(m1+m2)2 ,其中正整数解即为所求

  1. 设 G 为 n 阶简单图,n>2 且 n 为奇数,G 与其补图中度数为奇数的顶点个数是否相等?并给出理由。

解:由补图定义知,任意点 v 在图 G 及其补图 G― 中的度数之和为 n−1,即:dG(v)+dG―(v)=n−1

因此,若 G 中有 bi 个度为奇数的顶点,其度数为 di,则这 bi 个顶点在 G― 中的度数为 n−1−di

因为 n 为奇数,故 n−1 为偶数,所以 n−1−di 为奇数

综上所述,G 与其补图中度数为奇数的顶点个数相等

  1. 证明:任何一个人群中至少有两个人认识的朋友数相同。

注意:此类题目考试中经常出现

证明:以人为顶点,如果两个人相识,对应的顶点之间连一条边,得到的图记为 G

显然图 G 是简单图

当一个人的朋友数等于他在图中对应顶点的度数

因为简单图中一定存在度数相等的顶点,所以在任何一个人群中至少有两个人认识的朋友数相同

  1. 证明:若 k 正则二部图具有二分类 V=V1∪V2,则 |V1|=|V2|。

证明:对于二部图来说,因为边是建立在顶点集的二部划分之间的,所以边数既等于 V1 中顶点的度数之和,也等于 V2 中顶点的度数之和

故有:k×|V1|=m=k×|V2|

所以:|V1|=|V2|

注意:梳理 k 正则二部图结论

  1. 证明:若图 G 的直径大于 3,则图 G 的补图的直径小于 3

摆烂吧!!!

不会!!!!

考试难度远远低于本题。。。

所以 哈哈哈哈哈

放弃吧!!!!!