割點

割點

在一個無向圖中,如果有一個頂點集合,刪除這個頂點集合以及這個集合中所有頂點相關聯的邊以後,圖的連通分量增多,就稱這個點集為割點集合。 如果某個割點集合只含有一個頂點X(也即X是一個割點集合),那么X稱為一個割點。

定義

在無向聯通圖 G=(V,E)中: 若對於x∈V, 從圖中刪去節點x以及所有與x關聯的邊之後, G分裂成兩個或兩個以上不相連的子圖, 則稱x為G的割點。 簡而言之, 割點是無向聯通圖中的一個特殊的點, 刪去中這個點後, 此圖不再聯通, 而所以滿足這個條件的點所構成的集合即為割點集合。

設G是一個圖,x是G的一條邊,如果G-x的連通分支數大於G的連通分支數,則稱x是G的一個橋,或割邊。

圖1中,頂點u和v都是割點,其他頂點都不是割點,邊uv是橋,其他邊都不是橋。

圖1 圖1

對於鐵路和公路等交通圖,割點和橋在軍事、經濟上有重要的意義。顯然有割點的圖不是哈密頓圖。而如果uv是橋且deg(u)≥2,則u是一個割點。

相關性質

定理1

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設v是連通圖的一個頂點,則下列命題等價:

(1)v是G的一個割點;

(2)存在與v不同的兩個頂點u和w,使得v在u與w間的每條路上;

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(3)存在V\{v}的一個2-劃分,使得,v在u與w間的每條路上。

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證明 (1)(3):設是的一個割點,則的連通分支數大於G的連通分支數,於是至少有兩個連通分支。令U是G-v的一個連通分支的頂點集,W是其他各連通分支構成的的子圖的頂點集。

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顯然是V\{v}的一個2-劃分。對,u與w不在的同一個連通分支中,所以在中u與w間沒有路。而因為G是連通圖,所以在G中u與w間有路。因此,在G中,v必在u與w間的每條路上。

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(3)(2):(2)是(3)的特例,所以(3)成立時(2)必成立。

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(2)(1):假設(2)成立,欲證(1)成立,只需證是不連通圖。用反證法。假設連通,則在中至少有一條u與w間的路。於是G中有一條不過v的u與w間的路,這與(2)矛盾。所以是不連通圖,從而v是G的一個割點。

定理2

每個非平凡的連通圖中至少有兩個頂點不是割點。

證明 每個非平凡的連通圖必有生成樹,非平凡的樹至少有兩個度數為1的頂點,它們就不是非平凡的連通圖的割點。

定理3

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設x為連通圖的邊,則下列命題等價:

(1)x是G的橋;

(2)x不在G的任一圈上;

(3)存在兩個不同的頂點u和w,使得x在每一條u與w間的每條路上;

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(4)存在V的一個2-劃分,使得,x在u與w間的每條路上。

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