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重要结论
补图和自补图的关系
定理 1:若 阶图 是自补的(即 ),则
握手定理及其推论
定理 2 (握手定理):对任意的有 条边的图 ,有
推论 1:任意图中,奇点的个数为偶数
推论 2:正则图的阶数和度数不 同时 为奇数(有歧义,注意断句!!!即阶数和度数不能均为奇数)
度序列、图序列、频序列相关结论
「度序列」和「图序列」的关系:简单图的度序列简称图序列
定理 3:非负整数组 是图的度序列的充分必要条件是: 为偶数
定理 4 (Havel-Hakimi 定理):设有非负整数组 满足 ,,则 是可图序列的充分必要条件是: 是可图的
定理 5:一个简单图 的 个点的度不能互不相同
定理 6:一个 阶图 和它的补图有相同的频序列
如果非负整数序列 是简单图的度序列,那么在同构意义下「不」只能确定一个图
子图和生成子图的关系
的「生成子图」是指满足 的子图 中的顶点集合和 中的顶点集合相同
具有 条边的简单标号图的生成子图的个数显然为
途径 & 迹 & 路 & 圈
若图中两个不同点 与 间存在途径,则 与 间必存在路 「途径 路」
若过点 存在闭迹,则过点 必存在圈 「闭迹 圈」
若过点 存在闭途径,则过点 不一定存在圈 「闭途径 圈」
图的连通性相关结论
定理 7:若图 是不连通的,则其补图是连通图
定理 8:设图 为 阶简单图,若 中任意两个不相邻顶点 与 满足 ,则 是连通图且
注意:若 ,则 中必然含有圈
邻接矩阵相关结论
定理 10:令 是一个有推广邻接矩阵 的 阶标定图,则 的 行 列元素 等于由 到 的长度为 的途径的数目
推论:设 为简单图 的邻接矩阵,则:
- 的元素 是 的度数。 的元素 是含 的三角形的数目的两倍
简单标定图的领结矩阵的各行 (列) 元素之和是该行 (列) 对应的点的度
矩阵 的所有元素之和等于该图边数的 倍
矩阵 的所有特征值之和等于
矩阵 的所有特征值的平方和等于该图边数的 倍
矩阵 的主对角线的元素之和等于该图边数的 倍
部图
完全 部图 的点数:;边数:
定理 14:连通偶图的 2 部划分是唯一的
定理 15: 阶完全偶图 的边数 ,且
Turán 定理
定理 18 (Turán):若 是 阶简单图,并且不包含 ,则边数 。此外,仅当 时,
✨ 计算公式: ,则
例: 阶简单图 ,,则 最多有 条边
例: 9 阶简单图 ,,则 最多有 27 条边
树的相关结论
「树」是连通的无圈图(连通 + 无圈 两者缺一不可);「森林」是在树的基础上无连通的约束
「树」与「森林」都是偶图
定理 20:每棵非平凡树至少有两片树叶
- 如果正整数序列 是一棵树的度序列且 ,那么序列中至少有两个
定理 21:设 是具有 个点 条边的图,则下列命题等价:
- 是树
- 无环且任意两个不同点之间存在唯一的路
- 连通,删去任一边便不连通
- 连通,且
- 无圈,且
- 无圈,添加任何一条边可得唯一的圈
定理 27:
非同构的 阶和 阶树的个数分别为 和
树的边数 = 顶点数 - 1
森林的边数 = 顶点数 - 连通分支数
一棵树有 个度为 的结点,,则它有 个度数为 的顶点
树的中心 & 形心 概念掌握即可
最小生成树的三种算法「Kruskal 算法」「破圈法」「Prim 算法」
欧拉图相关结论
定理 42:假定 是一个连通图,则下列命题等价:
- 是欧拉图
- 的每个点的度数是偶数
- 的边集能划分为边不重的圈的并
推论:连通图 有 迹当且仅当 最多有两个奇点( 仅是有 迹,而非 图)
当 满足什么条件时,完全图 是欧拉图? 为奇数
当 满足什么条件时,完全图 方体 是欧拉图? 为偶数
若完全二部图 为欧拉图, 和 需满足什么条件? 均为偶数
假设图 恰好有两个连通分支,并且每个连通分支都是欧拉图,若要将 变为欧拉图,最少需要添加几条边? 最少需要添加 2 条边
欧拉图是否存在割边? 不存在
哈密尔顿图相关结论
当 时,完全图 是否为哈密尔顿图? 是
当 时, 方体 是否为哈密尔顿图? 是
若完全二部图 为哈密尔顿图, 和 需满足什么条件?
是否存在一个具有奇数个顶点的连通图,它既是二部图,也是哈密尔顿图? 不存在,否则二部图中出现了奇圈
定理 44:若 是 图,则对于 的每个非空真子集 ,均有
若连通图 不是 2-连通的,则 不是哈密尔顿图
哈密尔顿简单图中一定不存在割点
定理 45 (Dirac 1952):对于 的简单图 ,如果 中有:,那么 是 图
定理 46 (Ore 1962):对于 的简单图 ,如果 中的任意两个不相邻顶点 与 ,有:,那么 是 图
引理:设 是 阶简单图, 和 是 中不相邻的顶点,且满足 ,则 是 图的充要条件是 为 图
定理 49 (Bondy):一个简单图 是 图当且仅当它的闭包是 图
推论:设 是 的简单图,若 的闭包是完全图,则 是 图
推论:设 是 的简单图
- 若 中每个点的度 ,则 是 图
- 若 中任何两个不邻接的点 和 均有 ,则 是 图
定理 50 (度序列判定法):设简单图 的度序列是 ,这里, 并且 。若对任意的 ,或有 ,或有 ,则 是 图
定理 51 (Chvátal 1972):若 是 的非 简单图,则 度弱于某个 图
推论:设 是 阶简单图。若 且
则 是 图;并且,具有 个顶点, 条边的非 图只有 以及
闭包相关结论
注:一个图的闭包不一定是完全图。比如下图中 (a)、(b) 两个均不是完全图,但它们却是自己的闭包
定理 48:任意图 的闭包是唯一的
匹配与因子分解
定理 59 (Berge 1957):图 的匹配 是最大匹配当且仅当 中不含 可扩路
定理 60 (Hall 1935):设 为具有二分类 的偶图,则 包含饱和 的每个顶点的匹配当且仅当 对所有 成立
推论:若 是 正则偶图 ,则 有完美匹配
每个 方体都有完美匹配
和 中不同的完美匹配的个数分别为 和
非平凡树至多存在一个完美匹配
定理 61:设 是匹配, 的覆盖,若 ,则 是最大匹配,且 是最小覆盖
定理 62 (König 1931):在偶图中,最大匹配中的边数等于最小覆盖中的点数
定理 63 (Tutte):偶数阶图 有完美匹配当且仅当 ,对所有 成立
推论 (Peterson):每个没有割边的 3 正则图都有完美匹配
有割边的 3 正则图不一定就没有完美匹配
定理 64:完全图 是 1-可因子化的
定理 65: 正则偶图 是 1-可因子化的
定理 66:具有 Hamilton 圈的 3 正则图是 1-可因子化的
1-可因子分解的 3 正则图不一定有 Hamilton 圈
定理 67:若 3 正则图有割边,则不可 1-因子分解
无割边的 3 正则图可能也没有 1-因子分解 (如:彼得森图)
定理 68:图 是 个 圈的并
定理 69:完全图 是一个 1-因子和 个 圈的并
定理 70:每一个没有割边的 3-正则图是一个 1-因子和一个 2-因子的并
彼得森图是一个 1-因子和一个 2-因子的并
若没有割边的 3-正则图中的 2-因子是一些偶圈,则该图也是 1-可因子化的
定理 71:一个连通图是 2-可因子化的当且仅当它是偶数度正则图
(考过证明) 若 为偶数且 ,则 阶图 有 3-因子
平面图和对偶图
定理 75:设 是具有 条边的平面图,则
定理 76 (Euler 公式):设 是具有 个点, 条边, 个面的连通平面图,则有
推论:设 是具有 个点, 条边, 个面, 个连通分支的平面图,则
推论:设 是具有 个点, 条边的简单平面图且 ,则
和 是非可平面图
定理 77:设 是简单平面图,则
定理 78:一个连通平面图 是 2 连通的当且仅当 的每个面的边界是圈
定理 81:设 是至少有 3 个顶点的平面图,则 是极大平面图的充分必要条件为 中各面次数均为 3 且为简单图
推论:设 是一个有 个点, 条边, 个面的极大平面图,且 ,则 (1) ;(2)
定理 84:每个至少有 7 个顶点的外可平面的补图不是外可平面图,且 7 是这个数目的最小者
定理 85:平面图 的对偶图 也是平面图,并且还有
- 的点数 = 的面数
- 的边数 = 的边数
- 的面数 = 的点数 ( 连通)
定理 86:设 是平面图 的对偶图,则 必连通
定理 87:假定 是平面图,则 当且仅当 是连通图
定理 88 (库拉托夫斯基定理):图 是可平面的当且仅当它不含与 或 同胚的子图
思考:若图 与 或 同胚,则至少从 中删去 1 条边才可能使其成为可平面图
定理 90 (瓦格纳定理):简单图 是可平面图当且仅当它不含可收缩到 或 的子图
定理 91:至少有 9 个点的简单可平面图的补图是不可平面的,而 9 是这种数目中最小的一个
着色问题
定理 101 (König):若图 是偶图,则
定理 102 (Vizing):若图 是简单图,则 或
定理 103:若 是非空简单图。若 中恰有一个度为 的点,或 中恰有两个度为 的点并且这两个点相邻,则
定理 104:若图 是 阶简单图,若 且边数 ,则
引理:设 是奇阶 正则简单图。若 ,则
定理 106:对任意的无环图 ,均有
定理 107 (Brooks):设 是简单连通图。假定 既不是完全图又不是奇圈,则
Ramsey 定理
定理 116:给定图 且 ,则 是 的独立集当且仅当 是 的覆盖
定理 117 (Gallai):对任意的 阶图 ,有
定理 118 (Gallai):对任意不含孤立点的 阶图 ,有
定理 119: 设 是无孤立点的偶图,则 中最大独立集包含的顶点数等于最小边覆盖包含的边数
根树问题
定理 125: 设 元完全树 的树叶数为 ,分支点数为 ,则
例:二元完全树 ,则分支点数为 ,边数之和为 。另外,高度为 的二元完全树最少有 片叶子
特殊图总结
偶图
定理 9:一个图是偶图当且仅当它不包含奇圈
定理 14:连通偶图的 2 部划分是唯一的
定理 15: 阶完全偶图 的边数 ,且
若 为 正则二部图 ,则 无割边
是否存在一个具有奇数个顶点的连通图,它既是二部图,也是哈密尔顿图? 不存在,否则二部图中出现了奇圈
若二部图 是哈密尔顿图,则它的二部划分 满足什么条件?
定理 60 (Hall 1935):设 为具有二分类 的偶图,则 包含饱和 的每个顶点的匹配当且仅当 对所有 成立
推论:若 是 正则偶图 ,则 有完美匹配
定理 62 (König 1931):在偶图中,最大匹配中的边数等于最小覆盖中的点数
图 的「最大匹配包含的边数」和「最小覆盖包含的点数」均为
定理 65: 正则偶图 是 1-可因子化的
推论:完全图和完全偶图的荫度为
定理 101 (König):若图 是偶图,则
对于 ,
定理 119: 设 是无孤立点的偶图,则 中最大独立集包含的顶点数等于最小边覆盖包含的边数
完全图
完全图的直径是
的邻接谱:
- 重数: 不同值出现的次数
- :第一行是特征值;第二行是重数
- 注意:只需要掌握 的邻接谱即可
对于任意的 ,任意点对间的 宽距离为 ,即:
完全图的边色数为 为偶数 或 为奇数,点色数为
完全图的点连通度和边连通度分别为 和
彼得森图
彼得森图不是 图
彼得森图有完美匹配
彼得森图不可 1-因子分解
彼得森图不可平面图
彼得森图的边色数为 ,点色数为
彼得森图的点连通度和边连通度分别为 和
方体
性质 | 理由 |
---|
的顶点数是 | 有递推式, 每增加 顶点数增加 倍 |
是 正则图 | |
的边数是 | 握手定理: |
是偶图 | 不含奇圈 |
存在完美匹配,且为顶点数的一半 | 推论:若 是 正则偶图 ,则 有完美匹配 |
的点连通度为 | |
的边连通度是 | |
的点色数为 | 二部图的点色数和边色数分别为「」和「最大度」 |
的边色数是 | 二部图的点色数和边色数分别为「」和「最大度」 |
重要知识梳理(选择 & 填空)
图的基本概念
个顶点的非同构的所有简单图有 个, 个顶点的非同构的所有简单图有 个
具有 条边的简单标号图的生成子图的个数显然为
图 与图 的积图 的点数为 ,边数为
图 与图 的联图 的点数为 ,边数为
超立方体 是具有 个顶点,条边的 正则二部图
的元素 是 的度数。 的元素 是含 的三角形的数目的两倍
矩阵 的所有特征值的平方和等于该图边数的 倍
的最大特征值为
若图 度弱于图 ,则图 的边数小于等于图 的边数
树
非平凡树至多存在一个完美匹配
非同构的 阶、 阶、 阶树的个数分别为 、、
由 颗树组成的森林满足
非平凡树的点连通度和边连通度分别为 和
图的连通性
定理 34:对任意的图 ,有
定理 35:设 是具有 条边的 阶连通图,则
引理:设 是 阶简单图,若 ,则 必连通
定理 37:设 是 阶简单图,若 ,则
图 的顶点数为 且 连通,则其边数至少为
提到割边一定要想到「K2」;提到割点一定要想到「自环」「八字形的图」「K2」;提到块一定要想到「阶数至少为 3」
点连通不能推出点割「完全图不存在点割」,但边连通可以推出边割
点连通可以推出边连通,但反过来就不行
阶数为 的块,要么是孤立点,要么是自环
只有一条边的块,要么是自环,要么是
至少有三个点的块无环、无割边
定理 32:设图 的阶至少为 ,则 是块当且仅当 无环并且任意两点都位于同一个圈上
推论:设 的阶至少为 ,则 是块当且仅当 无孤立点且任意两条边都在同一个圈上
E 图 & H 图
欧拉图和哈密尔顿图都有一个大前提:均为连通图
欧拉图一定没有割边,但可能有割点 (八字形的图)
非平凡欧拉图中一定有圈
至少具有 个点的无环欧拉图一定是 边连通的
完全偶图 且均为偶数 ,则在其最优欧拉环游中共含 条边
存在自环的哈密尔顿图有割点;哈密尔顿简单图中一定不存在割点
满足 Dirac 定理、Ore 定理、度序列判定定理的图的闭包一定是完全图
哈密尔顿图:一必要 ,三充分 ,,闭包是完全图,一充要 (闭包是 图)
若图 的闭包是哈密尔顿图,则其闭包不一定是完全图
具有 个点的度极大非哈密尔顿图族为 和
定理 51 (Chvátal 1972):若 是 的非 简单图,则 度弱于某个 图
阶完全图中 圈的个数为
匹配与因子分解
超方体 的最小覆盖包含的点数为
图 的最小覆盖包含的点数为
因子分解总结为 个方面「有没有」「能不能」「数一数」
小 Tips
老师的原话!!还没来得及整理,较为粗糙,凑合看吧!!有时间再整理!!!
题型:
- 5 填空题 (3 分/每个)
- 5 选择题(3 分/每个)
- 7 个解答题(10 分/每题)
极图(非常重要)
最短路算法
最小生成树
虽然学过的概念非常多,但是考试中的概念是重点中的重点,所以很多知识点考察不到
有些知识点只知道概念即可 (掌握概念),有些知识点了解即可 (可以不管)
第一章 邻接谱 只需要掌握 的邻接谱即可
第二章 树的中心 & 形心 概念掌握即可
第三章 宽距离 & 宽直径 概念掌握即可
第四章 线图 & 超哈密尔顿图 概念掌握即可
第七章重点
特殊图的点色数,边色数(填空题)
以点着色和边着色为模型的应用题
求一个具体图的色多项式,并且还要求出该图的点色数(基本都会考,只有一年没考)
- 根据「理想子图」求色多项式,注意是补图
- 根据色多项式求原图的点色数,见作业 4 最后一道应用题
第八章 Ramsey 数 只需知道 ;点临界图 & 边临界图 不考
超哈密尔顿图:本身不是哈密尔顿图,任意删去一个点,变成哈密尔顿图,例如:彼得森图
总结 正则二部图
考察基本概念的正确理解,主要结论的灵活应用,不会考某一个定理的证明,结论的证明一般都不会考,除了一些高频考题外
着重注意曾经考过的题目
证明是哈密尔顿图
找出哈密尔顿圈就行了