Изменения

Перейти к: навигация, поиск

Гиперграфы

6540 байт добавлено, 18:40, 6 января 2017
м
Ацикличность гиперграфов
{{Определение
|definition=
'''Гиперграфом''' (англ. ''hypergraph'') <tex>H</tex> называют такую пару <tex>H = (X, E)</tex> , где <tex>X - </tex> множество вершин, а <tex>E -</tex> семейство подмножеств <tex>X</tex> , называемых '''гиперребрами''' (англ. ''hyperedges'')
}}
Обычные графы, у которых ребра могут соединять только две вершины, являются частным случаем гиперграфа, у которых все гиперребра содержат только две вершины.
[[Файл:Hypergraph.jpg|thumb|450px|right|Рис.1Частный случай гипергафа: Гиперграф с множеством вершин <tex>V = \{ v_1, v_2, v_3, v_4, v_5, v_6, v_7 \}</tex> и гиперребрами <tex>E = \{ \{ v_1, v_2, v_3 \} , \{ v_2, v_3 \} , \{ v_3, v_5, v_6 \} , \{ v_4 \} \}</tex>]]    
{{Определение
|definition=
'''Путем''' (англ. ''path, смотри также [[Основные_определения_теории_графов#.D0.9F.D1.83.D1.82.D0.B8_.D0.B2_.D0.B3.D1.80.D0.B0.D1.84.D0.B0.D1.85|путь в обычном графе]]'') между двумя гиперребрами <tex>e_i</tex> и <tex>e_j</tex> гиперграфа <tex>H</tex> называется последовательность гиперребер <tex>e_{u_1}, e_{u_2} , \ldots ,e_{u_k}</tex> таких что :
# <tex>e_{u_1} = e_i </tex> и <tex>e_{u_k} = e_j</tex>
# <tex>\forall v: 1 \leqslant v \leqslant k-1, e_v \cap e_{v+1} \ne \emptyset</tex>
{{Определение
|definition=
Гиперграф <tex>H</tex> называется '''связным''' (англ. ''connected'') тогда и только тогда, когда существует путь между каждой парой гиперребер.
}}
[[Файл:Connected_hypergraph.jpg‎|thumb|450px|center|Рис.2 : Связный гиперграф]]
Пусть <tex>E- </tex> - набор гиперребер, <tex>e_1</tex> и <tex>e_2- </tex> - элементы <tex>E</tex> и <tex>q = e_1 \cap e_2</tex>.
{{Определение
|definition=
<tex>q</tex> называется '''сочленением''' (англ. ''articulation'') <tex>E</tex> , если при его удалении из всех гиперребер <tex>E</tex>, множество разрывается.
}}
На Рисрис.2 <tex>q = e_4 \cap e_6 = \{ x_{12}, x_{13}\}</tex> является сочленением <tex>E</tex>.
==Матрица инцидентности ==
</tex>
Так например, для гиперграфа на рис.1 мы имеем такую можем построить матрицу инцидентностипо таблице отношения принодлежности вершины к гиперребру: {| class="wikitable" align="left" style="color: black; background-color:#ffffcc;" cellpadding="10"|+!!<tex>e_1</tex>!<tex>e_2</tex>!<tex>e_3</tex>!<tex>e_4</tex>|-align="center"!<tex>v_1</tex>|✓|||| |||-align="center"!<tex>v_2</tex>|✓||✓|| |||-align="center" !<tex>v_3</tex>|✓||✓||✓|| |-align="center" !<tex>v_4</tex>| |||| ||✓|-align="center" !<tex>v_5</tex>|||||✓|| |-align="center" !<tex>v_6</tex>|||||✓|| |-align="center" !<tex>v_7</tex>||||||||}
\end{pmatrix}</tex>
      ==Ацикличность гиперграфаЦикл в гиперграфе==
{{Определение
|definition=
'''ЦикломПростым циклом''' длины <tex>s</tex> в гиперграфе <tex>H = (XV, E)</tex> называется последовательность гиперребер <tex>(e_A_0, v_0, A_1, \ldots , A_{i_1s - 1}, e_v_{i_2s - 1}, A_s)</tex> , где <tex>A_0 , \ldots , e_A_{i_ks - 1})-</tex> удовлетворяющим следующим свойствам:# различные ребра <tex>e_{i_k} = e_{i_1}H</tex># Для , ребро <tex>2 \le j \le k - 2A_s</tex> совпадает с выполняется <tex>A_0</tex> , а <tex>v_0, \forall e \in E : (S_ldots , v_{js -1} \cup S_j \cup S_{j+1}) \setminus e \ne \emptyset -</tex> различные вершины <tex>H</tex>, где причем <tex>S_j = e_{i_j} v_i \in A_i \cap e_{i_A_{ji+1}}</tex> для всех <tex> 1 i = 0, \le j \le k ldots , s - 1</tex>.
}}
Для определения ацикличного гиперграфа введем определение '''уха''' гиперграфа, а также редукцию GYO(Graham-Yu-Ozsoyoglu)[[Файл:Cycle_hyper.jpg|thumb|450px|center|Рис. 3: Простейший случай цикла в гиперграфе]]
{{Определение|definition='''Ухом''' (англ. ear) Универсальным способом задания гиперграфа называется такое гиперребро <tex>e</tex>, что его вершины можно разделить на две группы:# Вершины, которые принадлежат только гиперребру <tex>e</tex> и никакому более.# Вершины, которые принадлежат другим гиперребрамявляется кенигово представление.}}
{{Определение
|definition=
Определение '''редукции GYOКенигово представление''' гиперграфа <tex> H = (англ. GYO reductionV, E) -</tex> обыкновенный двудольный граф '''<tex>K(H) содержит всего два шага:# Устранение </tex>''' , отражающий отношение инцидентности различных элементов гиперграфа, с множеством вершин<tex>V \cup E </tex> и долями <tex>V, которые содержатся только в одном гиперребре.# Удаление гиперребер, которые содержатся в другихE</tex>.
}}
То естьПервым, мы удаляем вершины которые содержатся в ухе, и ни в каком более гиперребре. Затем удаляем гиперребра, оставляя другие вершины.кто дал определение ацикличности гипергафа является Клауд Берж:
{{УтверждениеТеорема
|statement=
Если гиперграф сводится к пустому с помощью редукции GYOГиперграф <tex>H</tex> не содержит циклов в том случае, тогда он если его кенигово представление <tex>-</tex> ацикличныйграф, сожержит в противном случае.
}}
Таким образом, если у нас есть цикл в графе кенигова представления, значит и сам гиперграф имеет цикл. [[Файл:Acyclic_hyperCycle_example.png|thumb|450pxcenter|left500px|Рис.3 Ацикличный гиперграф4: Пример гиперграфа, содержащего цикл]] ===Алгоритм нахождения цикла в гиперграфе=== Поскольку гиперграф может задаваться кениговым представлением, тогда произведём серию поисков в глубину в двудольном графе. Т.е. из каждой вершины, в которую мы ещё ни разу не приходили, запустим поиск в глубину, который при входе в вершину будет красить её в серый цвет, а при выходе - в чёрный. И если поиск в глубину пытается пойти в серую вершину, то это означает, что мы нашли цикл (если граф неориентированный, то случаи, когда поиск в глубину из какой-то вершины пытается пойти в предка, не считаются).
С помощью редукции GYO удаляются вершины A, B и C (т.к они содержатся только в одном своем гиперребре), а затем удаляем оставшиеся внутренние гиперребра.==Ацикличность гиперграфов==
{{Определение
|definition=
'''Редукцией''' (англ. ''reduction'') гиперграфа <tex>H = (V, E)</tex> называется такой гиперграф <tex>H' = (V, E')</tex> , который получается из исходного путем удаления всех гиперребер, которые полностью содержатся в других гиперреберах.
}}
{{Определение
|definition=
Гиперграф называется '''уменьшенным''' (англ. ''reduced'') , если он эквивалентен своей редукции, то есть не имеет гиперребер внутри других гиперребер.
}}
Пусть <tex>M - </tex> множество вершин гиперграфа <tex>H = (V, E)</tex>. Множество '''частичных ребер''' (англ. ''partial edges''), порожденных множеством <tex>M</tex>, определяется как множество, полученное путем пересечения гиперребер из множества <tex>E</tex> с <tex>M</tex>. Таким образом, получаем множество : <tex> \{ e \cap M : e \in E \} - \{ \emptyset \} </tex> и берем его редукцию.
Множество частичных ребер, порожденное из гиперграфа <tex>H</tex> множеством <tex>M</tex>, называется '''вершинно-порожденным''' (англ. ''node-generated'') множеством частичных ребер.
{{Определение
|definition=
'''Блоком''' (англ. ''block'') уменьшенного гиперграфа называется связное, вершинно - порожденное множество частичных ребер без сочленения.
}}
{{Определение
|definition=
Множество частичных ребер называется '''тривиальным''' (англ. ''trivial''), если оно содержит одно гиперребро.
}}
{{Определение
|definition=
Уменьшенный гиперграф называется '''<tex> \alpha </tex> - ацикличным''' (англ. ''<tex> \alpha </tex>-acyclity'') , если всего его блоки тривиальны, иначе называют '''<tex> \alpha </tex>-цикличным''' (англ. ''<tex> \alpha</tex>-cyclity'').
}}
''Пример''
[[Файл:Alpha-acyclity-1.png|thumb|left|500px|Рис. 5: <tex> \alpha</tex>-ацикличный гиперграф]]
[[Файл:Alpha-acyclity-2.png|thumb|center|500px|Рис. 6: Подмножество гиперребер <tex> \{ ABC, CDE, EFA\} </tex>]]
Очень просто проверить что на рис. 3 представлен <tex> \alpha </tex>-ацикличный гиперграф. Он содержит четыре гиперребра <tex>- ABC, CDE, EFA, ACE</tex>. Сочленение для всего множества гиперребер является <tex> ABC \cap ACE = AC </tex> , так как после удаления вершин <tex>A</tex> и <tex>C</tex> гиперграф не будет связным (вершина <tex>B</tex> не будет ни с кем соединена). Заметим, что на рис. 6 подмножетсво гиперребер <tex>\{ ABC, CDE, EFA \}</tex> не имеет сочленения. Однако, это множество не является вершинно - порожденным , таким образом, нет никаких противоречий с предположением, что гиперграф на рис. 5 является <tex> \alpha </tex>-ацикличным.
Заметим, что <tex> \alpha </tex>-ацикличность имеет одно нелогичное свойство: при добавлении гиперребер к <tex> \alpha </tex>-цикличному гиперграфу он может стать <tex> \alpha </tex>-ацикличным (например, при добавлении гиперребра, которое охватывает все вершины, всегда будет делать гиперграф <tex> \alpha </tex>-ацикличным). Из-за этого свойства было введено более строгое определение, называемое <tex> \beta </tex>-ацикличностью.
{{Определение
|definition=
Гиперграф <tex>H = (V, E) </tex> является '''<tex> \beta </tex>-ацикличным''' (англ. ''<tex> \beta </tex>-acyclity'') , если все его подгиперграфы <tex> \alpha </tex>-ацикличны.
}}
Так например гиперграф на рис. 5 является <tex> \alpha </tex>-ацикличным, но не является <tex> \beta </tex>-ацикличным, так как его подгиперграф на рис. 6 является <tex> \alpha </tex>-цикличным.
== См. также ==
== Источники информации ==
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Claude_Berge wikipedia.com — Клауд Берж]
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Hypergraph wikipedia.com — Гиперграфы]
* [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012365X09003446?np=y sciencedirect.com — Ацикличность в гиперграфах]

Навигация