Teoria dei grafici - Connettività

Se è possibile attraversare un grafico da un vertice all'altro è determinato dal modo in cui un grafico è connesso. La connettività è un concetto di base nella teoria dei grafi. La connettività definisce se un grafico è connesso o disconnesso. Ha argomenti secondari basati su bordo e vertice, noti come connettività edge e connettività vertice. Cerchiamo di discuterli in dettaglio.

Connettività

Si dice che sia un grafico connected if there is a path between every pair of vertex. Da ogni vertice a qualsiasi altro vertice, dovrebbe esserci un percorso da attraversare. Questa è chiamata connettività di un grafico. Si dice che un grafo con più vertici e bordi scollegati sia disconnesso.

Example 1

Nel grafico seguente, è possibile viaggiare da un vertice a qualsiasi altro vertice. Ad esempio, si può passare dal vertice "a" al vertice "e" utilizzando il percorso "ab-e".

Example 2

Nell'esempio seguente, l'attraversamento dal vertice "a" al vertice "f" non è possibile perché non esiste alcun percorso tra di loro direttamente o indirettamente. Quindi è un grafico disconnesso.

Cut Vertex

Sia "G" un grafo connesso. Un vertice V ∈ G è chiamato vertice tagliato di 'G', se 'G-V' (Elimina 'V' da 'G') risulta in un grafo disconnesso. La rimozione di un vertice tagliato da un grafico lo suddivide in due o più grafici.

Note - La rimozione di un vertice tagliato può rendere un grafico scollegato.

Un grafo connesso 'G' può avere al massimo (n – 2) vertici tagliati.

Example

Nel grafico seguente, i vertici "e" e "c" sono i vertici tagliati.

Rimuovendo "e" o "c", il grafico diventerà un grafico disconnesso.

Senza 'g', non c'è percorso tra il vertice 'c' e il vertice 'h' e molti altri. Quindi è un grafo disconnesso con vertice tagliato come "e". Allo stesso modo, 'c' è anche un vertice tagliato per il grafico sopra.

Bordo tagliato (ponte)

Sia "G" un grafo connesso. Un arco 'e' ∈ G è detto bordo tagliato se 'G-e' risulta in un grafo disconnesso.

Se rimuovendo un bordo in un grafico si ottengono due o più grafici, quel bordo viene chiamato bordo tagliato.

Example

Nel grafico seguente, il bordo tagliato è [(c, e)].

Rimuovendo il bordo (c, e) dal grafico, diventa un grafico disconnesso.

Nel grafico sopra, la rimozione del bordo (c, e) spezza il grafico in due che non è altro che un grafico disconnesso. Quindi, il bordo (c, e) è un bordo tagliato del grafico.

Note - Sia 'G' un grafo connesso con 'n' vertici, quindi

  • un bordo tagliato e ∈ G se e solo se il bordo 'e' non fa parte di alcun ciclo in G.

  • il numero massimo di bordi tagliati possibile è 'n-1'.

  • ogniqualvolta esistono bordi tagliati, esistono anche vertici tagliati perché almeno un vertice di un bordo tagliato è un vertice tagliato.

  • se esiste un vertice tagliato, allora un bordo tagliato può o non può esistere.

Taglia insieme di un grafico

Sia 'G' = (V, E) un grafo connesso. Un sottoinsieme E 'di E è chiamato un insieme tagliato di G se la cancellazione di tutti gli archi di E' da G fa disconnettere G.

Se l'eliminazione di un certo numero di bordi da un grafico ne causa la disconnessione, tali bordi eliminati vengono chiamati il ​​gruppo di tagli del grafico.

Example

Dai un'occhiata al grafico seguente. Il suo set di taglio è E1 = {e1, e3, e5, e8}.

Dopo aver rimosso il set di taglio E1 dal grafico, apparirà come segue:

Allo stesso modo, ci sono altri gruppi di taglio che possono disconnettere il grafico -

  • E3 = {e9} - Il più piccolo insieme di sezioni del grafico.

  • E4 = {e3, e4, e5}

Connettività Edge

Sia "G" un grafo connesso. Il numero minimo di bordi la cui rimozione rende 'G' scollegato è chiamato connettività degli spigoli di G.

Notation - λ (G)

In altre parole, il file number of edges in a smallest cut set of G è chiamata la connettività edge di G.

Se 'G' ha un bordo tagliato, allora λ (G) è 1. (connettività del bordo di G.)

Example

Dai un'occhiata al grafico seguente. Rimuovendo due bordi minimi, il grafico connesso viene disconnesso. Quindi, la sua connettività di bordo (λ (G)) è 2.

Ecco i quattro modi per scollegare il grafico rimuovendo due bordi:

Vertex Connectivity

Sia "G" un grafo connesso. Il numero minimo di vertici la cui rimozione rende "G" scollegato o riduce "G" a un grafo banale è chiamato la sua connettività di vertice.

Notation - K (G)

Example

Nel grafico sopra, la rimozione dei vertici "e" e "i" rende il grafico scollegato.

Se G ha un vertice tagliato, allora K (G) = 1.

Notation - Per qualsiasi grafo G connesso,

K (G) ≤ λ (G) ≤ δ (G)

Connettività al vertice (K (G)), connettività ai bordi (λ (G)), numero minimo di gradi di G (δ (G)).

Example

Calcola λ (G) e K (G) per il grafico seguente:

Solution

Dal grafico,

δ (Sol) = 3

K (G) ≤ λ (G) ≤ δ (G) = 3 (1)

K (G) ≥ 2 (2)

Eliminando i bordi {d, e} e {b, h}, possiamo scollegare G.

Perciò,

λ (G) = 2

2 ≤ λ (G) ≤ δ (G) = 2 (3)

Da (2) e (3), la connettività dei vertici K (G) = 2