連通度

連通度

連通圖G的連通程度通常叫做連通度(Connectivity)。連通度有兩種,一種是點連通度,另一種是邊連通度。通常一個圖的連通度越好,它所代表的網路越穩定。

基本概念

知識儲備

連通度 連通度
連通度 連通度

如果在圖G中刪去一個結點x後,圖G的連通分支數增加,即 ,則稱結點x為G的割點(cut vertex)。如果在圖G中刪去一條邊e後,圖G的連通分支數增加,即 ,則稱e為G的割邊(cut edge)或橋。

沒有割點的非平凡連通圖稱為塊( block)。G中不含割點的極大連通子圖稱為圖G的塊。

若H是圖G的塊,則H自身不含割點且滿足:若向H中再添加邊,但不添加結點,那么H就不是G的子圖了;若向H中再增加結點或邊將H擴大為更大的連通圖,那么H就會含有割點。

例如,圖1所示圖G的塊如圖2所示。

圖1 圖1
圖2 圖2

如果圖G的頂點集的一個真子集T滿足G-T不連通或是平凡圖,則稱T為G的一個 點割( vertex cut)。如果圖G的邊集的一個真子集S滿足G-S不連通或是平凡圖,則稱S為G的一個 邊割(edge cut)。

定義

連通度 連通度
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設G是連通圖,稱 為G的 點連通度( vertex connectivity)或 連通度;稱 為G的 邊連通度(edge conncctivity)。

相關定理

定理1

連通度 連通度
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對一個圖G,有 。其中 是圖G的最小頂點度。

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證明 若G不連通,則 .故上式成立。若G連通,則:

連通度 連通度

(1)先證 。

連通度 連通度
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設x是G中度數最小的頂點,即 ,設所有與x關聯的邊集為S (x),顯然x是圖G-S(x)的一個孤立結點。於是 。

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(2)再證 。

連通度 連通度
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當 時,顯然有 。

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假設對所有 的圖G,有 。再設 ,S是H的一個邊割,且 。若邊 ,易知 ,故由假設知 ,並設T是 的一個點割,且 。而此時 就是H的一個點割,即

連通度 連通度
連通度 連通度

由歸納法原理知 。證畢。

定理2

連通度 連通度
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定義如果無向圖G的連通度 ,則稱圖G是n連通的或G為n連通圖。若 ,則稱圖G是n邊連通的或G為n邊連通圖。

連通度 連通度
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設圖G是n連通的, ,則 。

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連通度 連通度

證明 假設G有一個頂點y且 ,即y與n一1條邊關聯。設與y關聯的n一1個頂點構成的集合為S,顯然S是G的一個點割。因而 。這與 矛盾。

定理3

若G是2邊連通圖,則G有強連通的定向圖。

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證明 設G是2邊連通圖,則G必含有圈。先取一個圈 ,歸納地定義G的連通子圖序列 如下: ;若 不是G的生成子圖,設 是在G中而不在 中的一個頂點,則存在從 到 的邊的不重路 和 ,定義 ,由於 ,這個序列必然終止於G的一個生成子圖 。現依次給每個 定向:首先讓 的定向圖 成為一個有向圈;對 ,設已有定向圖 ,讓 成為以 為起點的有向路,而 成為以 為終點的有向路得 ,易見 是強連通有向圖 。因此最後的 是強連通有向圖。由於 是G的生成子圖,所以G有強連通的定向圖。顯然,一個圖G有強連通的定向圖的必要條件是G為2邊連通的。否則G中有割邊,這與G有強連通的定向圖矛盾。證畢。

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