割集

割集

割集,也叫做截集或截止集,它是導致頂上事件發生的基本事件的集合。也就是說事故樹中一組基本事件的發生,能夠造成頂上事件發生,這組基本事件就叫割集。引起頂上事件發生的基本事件的最低限度的集合叫最小割集。

基本信息

定義

設S是G的邊集E的一個子集,如果在連通圖G中刪除S的所有邊.則G-S不連通,並且不存在S的真子集使G-S不連通,就稱邊集S是圖G的一個割集。

上述定義可以這樣理解,即割集是連通圖G的邊的集合,把這些邊移去將使G分離為兩個部分,但是,如果少移去其中一條邊,圖仍將是連通的。

如圖1中的圖G,邊集{c,d,f,g}是一個割集,其他割集還有{d,e},{g,h},{b,c,d),{b,c,e}等。邊集{a}也是一個割集,而邊集{b.c,d,e}和{b,c,d,h)都不是割集(因為它們分別含有割集作為其真子集)。

圖1 圖1

在上述有關割集的定義中,有兩點值得注意。其一,割集是一種極小集合,即如果少移去其中一條邊,圖仍將是連通的。例如1中。{b,c,d,e}就不構成一個割集,因為如果少移去一條邊e,仍將使圖分離,但是{b,c,d}是一個割集。其二.對於圖2,用虛線所示的邊集合{a,b,c,d,e}移去後將使圖分離為三個部分,這種邊的集合也不是割集。若一個割集僅含一條邊.則稱該邊為割邊。如圖1中的邊a。一個樹的每一條邊都是它的割邊。

圖2.非割集 圖2.非割集

割集的性質

樹與割集的概念具有互補的性質。樹是連通一個圖的全部頂點的極小邊集合.割集則是把某些頂點與其他頂點分離的極小邊集合,因此它們之間存在著一定的聯繫是不難理解的。下面的定理將充分說明這一點。

定理: 連通圖G的一個割集C至少包含G的任意生成樹的一個樹枝。

如果把C移去而仍有一棵樹T存在,則圖是連通的,那么C將不是一個割集。

割集與支路

割集 割集

由於KCI適用於任一個閉合面,所以屬於同一割集的所有支路上的電流滿足KCL。當割集中的所有支路都連線在同一結點上時,割集上的KCI方程就變成了結點上的KCL方程。如圖3中(b)所示的割集。對於一個連通圖,可以列出與割集數目相等的KCI方程,但這些方程並非都是線性獨立的。對於結點數為n支路數為b的連通圖來說,其獨立的KCI方程數為n-1個。如果在圖中分別選和所有結點相連的支路為割集,則獨立割集數就是n-1個。下面介紹如何藉助“樹”的概念,尋找獨立的割集。

圖3 圖3
割集 割集
割集 割集
割集 割集

觀察連通圖G中的任意一個樹及其餘樹(由連支構成),不難發現:一個單樹支總能與某些連支構成一個割集,稱為單樹支割集;對於結點數為n,支路數為b的連通圖,樹支數為n-1個,所以圖G的獨立割集數也是n-1個。通常將單樹支割集稱為基本割集。例如在圖4中(a)所示的有向圖中,選支路3、6、5為樹支,則3個獨立割集分別為(1,2,3)、(1,4,5)和(1,2,6,4),如圖4中(b)、(c)和(d)所示。注意:在圖中每一個割集都被賦予了一個方向,用於考察支路與割集的方向關係。

圖4.割集與支路的關聯關係 圖4.割集與支路的關聯關係

順便指出,一個連通圖G有許多樹,因此所選的樹不同,其基本割集也不同。巧妙地選樹及其基本割集組,可使電路矩陣方程稀疏易解。注意.獨立割集不見得是單樹支割集,如同獨立迴路不全是單連支迴路一樣。

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