本書包含作者對 圖論學科的深刻理解,清晰地介紹了圖論中的基本定理和方法示例,幫助讀者提高自身 的分析能力并學習如何利用所學知識解決實際問題。
圖論是數學的一個分支,主要研究由頂點(或稱節(jié)點)和邊組成的圖的結構、性質和算法。圖論不僅在純數 學領域有重要的應用價值,在計算機科學、物理、化學、生物學、社會學等領域也發(fā)揮著至關重要的作用。
全書共七章,主要內容包括圖的基本概念、樹、歐拉通路與哈密頓通路、復雜網絡分析概述、隨機網絡和小世界網絡、無標度網絡、網絡中的社團結構等。
本書可以幫助讀者對圖論的研究和相關理論的學習,有利于提高其分析問題、解決問題 的能力。
圖論起源于一個非常經典的問題柯尼斯堡問題。1738年,瑞士數學家歐拉解決 了柯尼斯堡問題,由此圖論誕生。歐拉也成為圖論的創(chuàng)始人。1859年,英國數學家漢密爾頓發(fā)明了一種游戲:在一個規(guī)則的實心十二面體的20個頂點標出世界著名的20個城市,要求游戲者尋找一條沿著各邊通過每個頂點剛好一次的閉回路,即 繞行世界。用圖論的語言來說,游戲的目的是在十二面體的圖中找出一個生成圈。 這個生成圈后來被稱為漢密爾頓回路。這個問題后來就稱作漢密爾頓問題。由于運籌學、計算機科學和編碼理論中的很多問題都可以化為漢密爾頓問題,從而引起廣泛的注意和研究。 全書共分七章,主要內容包括圖的基本概念、樹、歐拉通路與哈密頓通路、復雜網絡分 析概述、隨機網絡和小世界網絡、無標度網絡、網絡中的社團結構等。書中除對重要部分進 行解釋外,還通過例題的講述,使圖論的內容變得更加通俗易懂,便于理解和解決。 本書可以幫助讀者對圖論的研究和相關理論的學習,有利于提高其分析問題、解決問題 的能力。 本書由山東交通學院黃寶華主編,全書編寫分工如下:黃寶華編寫第1章、第7章并承擔全書的統(tǒng)稿工作;山東交通學院曹向陽編寫第2、3章;河北工程大學王賀封編寫第4章;常州市新北自然資源和規(guī)劃技術保障中心佟國功編寫第5章;煙臺市福山區(qū)不動產登記中心孫濤編寫第6章。雷佳輝、曹媛、潘文亮、于成負責資料搜集和書稿整理工作。本書得到泰山產 業(yè) 領 軍 人 才 工 程 項 目 (tscy 20231229) 及 山 東 省 自 然 科 學 基 金 青 年 項 目 (ZR2022QD146)基于GIS和RS的土地利用都市化轉型時空過程和機理研究基金支持。 中國科學院煙臺海岸帶研究所高志強研究員審閱了全書,提出許多寶貴意見,在此表示 衷心的感謝。限于編者水平,書中難免存在不足之處,敬請各位同行及讀者批評指正。 編 者 2024年7月
前言
第一章圖的基本概念 1
1.1有向圖和無向圖 1
1.2完全圖、稀疏圖、稠密圖 2
1.3二部圖與完全二部圖 5
1.4圖的同構 7
1.5子圖 7
1.6正則圖 8
1.7路 9
1.8連通圖 10
1.9 鄰接矩陣與關聯矩陣11
第二章 樹 13
2.1 割點 (Cut-vertex)和割邊 (Cut-edge) 13
2.2 樹與森林 16
2.3 生成樹及最小生成樹 20
2.4 克魯斯卡爾 (Kruskal)算法 20
2.5 普里姆 (Prim)算法 22
2.6 中心點選址問題 23
2.7 中位點選址問題 24
第三章 歐拉通路與哈密頓通路 26
3.1 引言 26
3.2 歐拉通路與歐拉回路 27
3.3 哈密頓通路與哈密頓回路 30
3.4 歐拉圖的應用 33
3.5 哈密頓圖的應用 34
第四章 復雜網絡分析概述 36
4.1 復雜網絡介紹 36
4.2 復雜網絡的靜態(tài)指標 41
4.3 度的相關性 43
4.4 路徑、直徑、平均最短路徑長度、介數 47
4.5 集聚系數 51
4.6 網絡傳遞性 52
4.7 富人俱樂部 53
第五章 隨機網絡和小世界網絡 56
5.1 伯努利試驗與二項分布 56
5.2 泊松分布 57
5.3 隨機網絡 60
5.4 小世界現象 64
5.5 小世界網絡 65
第六章 無標度網絡 71
6.1 無標度性質 71
6.2 無標度網絡的樞紐節(jié)點 71
6.3 無標度網絡的度分布 74
6.4 BA無標度網絡 79
第七章 網絡中的社團結構 83
7.1 社團在網絡科學中的含義 83
7.2 社團結構的分類 84
7.3 社團結構的比較 85
7.4 社團劃分算法 86
參考文獻 94