曼哈頓迴路

2021-06-28 06:53:28 字數 2148 閱讀 3959

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1959 年 william rowan hamilton 發明了乙個小玩具,這個玩具是乙個木刻的正十二面體,每面系正五角形,三面交於一角,共 20 個角,沒每個角上標有世界上乙個重要城市。他提出乙個問題:要求沿著正十二面體的邊尋找一條路,通過 20 個城市,而每個城市只通過一次,最後返回原地。hamilton 將此問題稱為周遊世界問題,並且坐了肯定的回答。

上面提到的問題就是經典的 hamilton 迴路問題。當然,還有另乙個著名的迴路問題——尤拉迴路問題,不同於 hamilton 迴路問題,尤拉問題已經得到了圓滿解決

設無向圖 g=(v, e),其中 v 是點集,e 是邊集, n=|v| 表示圖中點的數量,m=|e| 表示圖中邊的數量

hamilton 通路:經過圖 g 中每個節點一次且僅一次的通路稱為 hamilton 通路

hamilton 迴路:經過圖 g 中每個節點一次且僅一次的迴路稱為 hamilton 迴路

hamilton 圖:存在 hamilton 迴路的圖稱為 hamilton 圖

hamilton 通路問題轉化為 hamilton 迴路問題:

乙個可行的做法是列舉通路的起點和終點,新增一條邊,轉化為對應 hamilton 迴路問題

np經典問題,沒有完美的演算法。

充分條件:

定理:設 g=(v, e) 是具有 n 個節點的簡單無向圖(|v|=n),如果對於任意的兩個不相鄰的節點 u, v∈v,均有 deg(u)+deg(v)≥n-1,則 g 中一定存在 hamilton 通路

證明:

首先證明滿足上述條件的圖是乙個聯通圖,然後用「延長通路法」找出一條 hamilton 通路

(1)、反證法證明滿足上述條件的圖是乙個連通圖:

假設 g 有兩個或者更多聯通分支。設乙個聯通分支有 n1 個節點,另乙個聯通分支有 n2 個節點。這兩個聯通分支中分別有節點 v1 和節點 v2。顯然:deg(v1)≤n1-1,deg(v2)≤n2-1。從而:deg(v1)+deg(v2)≤n1+n2-2≤n-2,與已知條件"對於任意的兩個不相鄰的節點 u, v∈v,均有 deg(u)+deg(v)≥n-1"矛盾,故 g 是聯通的

(2)、證明 g 中存在 hamilton 通路

設 p=v1v2...vk 為 g 中用「延長通路法」得到的「極大基本通路」,即 p 中的始點 v1 和終點 vk 不與 p 外的節點相鄰,顯然 k≤n

(ⅰ)、若 k=n,則 p 為 g 中經過所有節點的通路,即為 hamilton 通路

(ⅱ)、若 k

(a)、若在 p 上 v1 與 vk 相鄰,則 v1v2...vkv1 為僅經過 p 上所有節點的基本迴路

(b)、若在 p 上 v1 不與 vk 相鄰,假設 v1 在 p 上與 vi=v2,vi2,vi3,...,vij 相鄰(j 必然大於等於 2,否則 deg(v1)+deg(vk

)≤1+k-2

設 vk 與 vir-1(2≤r≤j) 相鄰,如下圖所示:在 p 中新增邊 (v1, vir),(vk, vir-1),刪除邊 (vir-1, vir) 得到基本迴路:

(ⅲ)、證明存在比 p 更長的通路

因為 k

對 p『 重複 (ⅰ)~(ⅲ),得到 g 中 hamilton 通路或比 p』 更長的基本通路,由於 g 中節點數目有限,故在有限步內一定能得到 g 中一條 hamilton 通路。

推論2.1:設 g=(v, e) 是具有 n 個節點的簡單無向圖,如果對於任意兩個不相鄰的節點 u, v∈v,均有 deg(u)+deg(v)≥n,則 g 中一定存在 hamilton 迴路

需要指出的是,推論2.1就是著名的 ore 定理

推論2.2:設 g=(v, e) 是具有 n 個節點的簡單無向圖,n≥3,如果對於任意的 u∈v,均有 deg(v)≥n/2,則 g 是 hamilton 圖。

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