尤拉環遊和中國郵遞員問題

2021-10-12 20:01:36 字數 2328 閱讀 4826

這篇文章介紹了尤拉環遊的定義判定,fleury演算法求尤拉圖中的尤拉環遊,最後給出了中國郵遞員問題的解決步驟。

所謂尤拉環遊就是指在乙個無向圖中,從乙個點出發,每條邊恰好走一次並且能夠回到原點的路徑。舉個例子,下圖中路徑abcd就是乙個尤拉環遊。這種包含了尤拉環遊的圖叫尤拉圖。

圖1 乙個尤拉圖

那麼,給定乙個圖,我們應該怎麼判定它是否是尤拉圖呢?很簡單。

非 空連

接圖g是

尤拉圖⇔

所有頂點

的度為偶

數\color非空連線圖g是尤拉圖\leftrightarrow所有頂點的度為偶數

非空連線圖g

是尤拉圖

⇔所有頂

點的度為

偶數。這裡不作證明。

那麼給定乙個尤拉圖,我們應該如何求尤拉環遊呢?這裡有一種fleury演算法,可以求解。fleury演算法很簡單,簡單概括就是過河拆橋,盡量不走獨木橋

演算法流程:

任取乙個頂點v

0v_0

v0​,令w0=

v0w_0 = v_0

w0​=v0

​ 路w i=

v0e1

v1..

.eiv

iw_i = v_0e_1v_1...e_iv_i

wi​=v0

​e1​

v1​.

..ei

​vi​

已經確定,在圖中拆除路**現的邊,選擇一條邊ei+

1e_ei+1

​使得

如果選不出ei+

1e_ei+1

​,結束。否則得到路wi+

1=v0

e1v1

...e

iviw

i+1v

i+1w_= v_0e_1v_1...e_iv_iw_v_

wi+1​=

v0​e

1​v1

​...

ei​v

i​wi

+1​v

i+1​

,e i+

1e_ei+1

​連線v

iv_i

vi​和vi+

1v_vi+1

​,轉到2。

演算法複雜度:

設頂點個數為v

vv,邊數為ϵ

\epsilon

ϵ,那麼演算法複雜度為o(v

2ϵ)o(v^2\epsilon)

o(v2ϵ)

遍歷每條邊,並且判斷這條邊是否為割邊,判斷一條邊是否為割邊複雜度為o(v

2)o(v^2)

o(v2

),所以該演算法的演算法複雜度為o(v

2ϵ)o(v^2\epsilon)

o(v2ϵ)

演算法**:

圖2 演算法**

講了半天尤拉環遊,接下來我們講講它的使用例子。我國數學家管梅谷中國郵遞員問題(chinese postman problem, cpp)。乙個郵遞員從郵局出發,走完所有他所管轄街道各一次,最後返回郵局,如何選擇一條最短路線。這是個求最優環遊問題(遍歷所有邊回到原點並且邊權重和最小),我們可以把這個問題轉換為尤拉環遊問題。

新增重複邊,從原來的圖中生成尤拉圖,並且使得新增的邊權重和最小。

求尤拉環遊。

管梅谷證明,一條邊最多被重複走兩次。

這裡直接給出求解中國郵遞員問題的步驟:

找出圖g

gg中鄰接邊為奇數的頂點,將這些鄰接邊為奇數頂點兩兩配對,將連通兩者的路徑上面的邊都改為加上一條重複邊。

若某對結點間有多於兩條邊連線,則去掉其中偶數條邊,留下一條或兩條邊連線這兩個結點,直到每對相鄰結點至多由2條邊連線。

檢查每個圈c

cc,若某個圈c

cc上重複邊集e

ee的權和超過這個圈的權和的一半,則將c

cc中原來的重複邊去除,將原來的沒有重複邊的邊加上重複邊,直到所有的圈其重複邊的權和不超過此圈權和的一半

用fleury演算法求尤拉迴路。

演算法**

圖3 中國郵遞員演算法**

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