柯尼斯堡七桥问题

柯尼斯堡七桥问题是图论的起点,正是由这个问题,并伴随着它的解决,开启了图论这门学科。

柯尼斯堡七桥问题是一个实际事例:

当时东普鲁士柯尼斯堡(今日俄罗斯加里宁格勒)市区跨普列戈利亚河两岸,河中心有两个小岛。小岛与河的两岸有七条桥连接。在所有桥都只能走一遍的前提下,如何才能把这个地方所有的桥都走遍?


柯尼斯堡七桥

欧拉在1735年提出,这样的方法是不存在的。第二年他在论文《柯尼斯堡的七桥》中,证明了符合条件的走法并不存在,也顺带提出和解决了一笔画问题。这篇论文在圣彼得堡科学院发表,成为图论史上第一篇重要文献。欧拉把实际的抽象问题简化为平面上的点与线组合,每一座桥视为一条线,桥所连接的地区视为点。若一个点处的连线为偶数,这样的点称为偶顶点。相对的,连有奇数条线的点称为奇顶点。欧拉证明,只有奇顶点数量不大于2个时,这样每条线只经过一次的遍历才能实现。由于柯尼斯堡七桥问题中存在4个奇顶点,它无法实现符合题意的遍历。


柯尼斯堡七桥抽象
柯尼斯堡七桥 图表示

欧拉把问题的实质归于一笔画问题,即判断一个图是否能够遍历完所有的边而没有重复,而柯尼斯堡七桥问题则是一笔画问题的一个具体情境。欧拉最后给出任意一种河──桥图能否全部走一次的判定法则,从而解决了“一笔画问题”。对于一个给定的连通图,如果存在超过两个(不包括两个)奇顶点,那么满足要求的路线便不存在了,且有n个奇顶点的图至少需要n/2笔画出。如果只有两个奇顶点,则可从其中任何一地出发完成一笔画。若所有点均为偶顶点,则从任何一点出发,所求的路线都能实现,他还说明了怎样快速找到所要求的路线。[1]

实际上连通图中奇顶点的个数只能是偶数个,因此能一次走完的图,奇顶点个数只能为0个或2个。

不少数学家都尝试去解析这类事例。而这些解析,最后发展成为了数学中的图论

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