本書包含作者對(duì) 圖論學(xué)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(xué)習(xí)如何利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。
圖論是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支,主要研究由頂點(diǎn)(或稱節(jié)點(diǎn))和邊組成的圖的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和算法。圖論不僅在純數(shù) 學(xué)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值,在計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)、社會(huì)學(xué)等領(lǐng)域也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
全書共七章,主要內(nèi)容包括圖的基本概念、樹、歐拉通路與哈密頓通路、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析概述、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)和小世界網(wǎng)絡(luò)、無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)中的社團(tuán)結(jié)構(gòu)等。
本書可以幫助讀者對(duì)圖論的研究和相關(guān)理論的學(xué)習(xí),有利于提高其分析問題、解決問題 的能力。
圖論起源于一個(gè)非常經(jīng)典的問題柯尼斯堡問題。1738年,瑞士數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)家漢密爾頓發(fā)明了一種游戲:在一個(gè)規(guī)則的實(shí)心十二面體的20個(gè)頂點(diǎn)標(biāo)出世界著名的20個(gè)城市,要求游戲者尋找一條沿著各邊通過每個(gè)頂點(diǎn)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(gè)生成圈。 這個(gè)生成圈后來被稱為漢密爾頓回路。這個(gè)問題后來就稱作漢密爾頓問題。由于運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)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(nèi)容包括圖的基本概念、樹、歐拉通路與哈密頓通路、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分 析概述、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)和小世界網(wǎng)絡(luò)、無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)中的社團(tuán)結(jié)構(gòu)等。書中除對(duì)重要部分進(jìn) 行解釋外,還通過例題的講述,使圖論的內(nèi)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(duì)圖論的研究和相關(guān)理論的學(xué)習(xí),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(xué)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(dān)全書的統(tǒng)稿工作;山東交通學(xué)院曹向陽編寫第2、3章;河北工程大學(xué)王賀封編寫第4章;常州市新北自然資源和規(guī)劃技術(shù)保障中心佟國功編寫第5章;煙臺(tái)市福山區(qū)不動(dòng)產(chǎn)登記中心孫濤編寫第6章。雷佳輝、曹媛、潘文亮、于成負(fù)責(zé)資料搜集和書稿整理工作。本書得到泰山產(chǎn) 業(yè) 領(lǐng) 軍 人 才 工 程 項(xiàng) 目 (tscy 20231229) 及 山 東 省 自 然 科 學(xué) 基 金 青 年 項(xiàng) 目 (ZR2022QD146)基于GIS和RS的土地利用都市化轉(zhuǎn)型時(shí)空過程和機(jī)理研究基金支持。 中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所高志強(qiáng)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(qǐng)各位同行及讀者批評(píng)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(gòu) 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(guān)聯(lián)矩陣11
第二章 樹 13
2.1 割點(diǎn) (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(diǎn)選址問題 23
2.7 中位點(diǎn)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(yīng)用 33
3.5 哈密頓圖的應(yīng)用 34
第四章 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析概述 36
4.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)介紹 36
4.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)指標(biāo) 41
4.3 度的相關(guān)性 43
4.4 路徑、直徑、平均最短路徑長度、介數(shù) 47
4.5 集聚系數(shù) 51
4.6 網(wǎng)絡(luò)傳遞性 52
4.7 富人俱樂部 53
第五章 隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)和小世界網(wǎng)絡(luò) 56
5.1 伯努利試驗(yàn)與二項(xiàng)分布 56
5.2 泊松分布 57
5.3 隨機(jī)網(wǎng)絡(luò) 60
5.4 小世界現(xiàn)象 64
5.5 小世界網(wǎng)絡(luò) 65
第六章 無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò) 71
6.1 無標(biāo)度性質(zhì) 71
6.2 無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的樞紐節(jié)點(diǎn) 71
6.3 無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的度分布 74
6.4 BA無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò) 79
第七章 網(wǎng)絡(luò)中的社團(tuán)結(jié)構(gòu) 83
7.1 社團(tuán)在網(wǎng)絡(luò)科學(xué)中的含義 83
7.2 社團(tuán)結(jié)構(gòu)的分類 84
7.3 社團(tuán)結(jié)構(gòu)的比較 85
7.4 社團(tuán)劃分算法 86
參考文獻(xiàn) 94