Редактирование: Остовные деревья: определения, лемма о безопасном ребре

Перейти к: навигация, поиск

Внимание! Вы не авторизовались на сайте. Ваш IP-адрес будет публично видимым, если вы будете вносить любые правки. Если вы войдёте или создадите учётную запись, правки вместо этого будут связаны с вашим именем пользователя, а также у вас появятся другие преимущества.

Правка может быть отменена. Пожалуйста, просмотрите сравнение версий, чтобы убедиться, что это именно те изменения, которые вас интересуют, и нажмите «Записать страницу», чтобы изменения вступили в силу.
Текущая версия Ваш текст
Строка 1: Строка 1:
[[Файл:MST-example.png|right|thumb|200px|Пример минимального остовного дерева.]]
 
 
==Необходимые определения==
 
==Необходимые определения==
Рассмотрим связный неориентированный взвешенный [[Основные определения теории графов|граф]] <tex> G =( V, E ) </tex>, где <tex>V </tex> {{---}} множество [[Основные определения теории графов| вершин]], <tex>E </tex> {{---}} множество [[Основные определения теории графов|ребер]]. Вес ребра определяется, как функция <tex> w : E \to \mathbb{R} </tex>.  
+
Рассмотрим связный неориентированный взвешенный [[Основные определения теории графов|граф]] <tex> G =\langle V, E \rangle </tex>, где <tex>V </tex> {{---}} множество [[Основные определения теории графов| вершин]], <tex>E </tex> {{---}} множество [[Основные определения теории графов|ребер]]. Вес ребра определяется, как функция <tex> w : E \to \mathbb{R} </tex>.  
 
{{Определение
 
{{Определение
|id = spanning_tree
 
 
|definition =
 
|definition =
'''Остовное дерево''' (англ. ''spanning tree'') графа <tex> G = ( V, E ) </tex> {{---}} ациклический связный подграф данного связного неориентированного графа, в который входят все его вершины.
+
'''Минимальное остовное дерево''' (англ. ''minimum spanning tree'') графа <tex> G = \langle V, E \rangle </tex>  {{---}} это его ациклический связный подграф, в который входят все его вершины, обладающий минимальным суммарным весом ребер.
}}{{Определение
 
|definition =
 
'''Минимальное остовное дерево''' (англ. ''minimum spanning tree'') графа <tex> G = ( V, E ) </tex>  {{---}} это его ациклический связный подграф, в который входят все его вершины, обладающий минимальным суммарным весом ребер.
 
 
}}
 
}}
 
Заметим, что граф может содержать несколько минимальных остовных деревьев.  
 
Заметим, что граф может содержать несколько минимальных остовных деревьев.  
 
Для формулировки и доказательства леммы о безопасном ребре рассмотрим следующие определения.
 
Для формулировки и доказательства леммы о безопасном ребре рассмотрим следующие определения.
 
Пусть <tex>G'</tex> {{---}} подграф некоторого минимального остовного дерева графа <tex> G = ( V, E ) </tex>.
 
 
{{Определение
 
{{Определение
 
|definition =
 
|definition =
Ребро <tex> ( u, v ) \notin G' </tex> называется '''безопасным''' (англ. ''safe edge''), если при добавлении его в <tex> G' </tex>, <tex> G' \cup \{ ( u, v ) \}</tex> также является подграфом некоторого минимального остовного дерева графа <tex> G </tex>.
+
Пусть <tex>G'</tex> {{---}} подграф некоторого минимального остовного дерева графа <tex> G = \langle V, E \rangle </tex>.
}}{{Определение
+
Ребро <tex> \langle u, v \rangle \notin G' </tex> называется '''безопасным''' (англ. ''safe edge''), если при добавлении его в <tex> G' </tex>, <tex> G' \cup \{ \langle u, v \rangle \}</tex> также является подграфом некоторого минимального остовного дерева графа <tex> G </tex>.
|definition =
+
 
'''Разрезом''' (англ. ''cut'') неориентированного графа <tex> G = ( V, E ) </tex>  называется разбиение <tex> V </tex> на два непересекающихся подмножества: <tex> S </tex> и <tex> T = V \setminus S </tex>.  Обозначается как <tex> \langle S, T \rangle </tex>.
+
'''Разрезом''' (англ. ''cut'') неориентированного графа <tex> G = \langle V, E \rangle </tex>  называется разбиение <tex> V </tex> на два непересекающихся подмножества: <tex> S </tex> и <tex> T = V \setminus S </tex>.  Обозначается как <tex> \langle S, T \rangle </tex>.
}}{{Определение
+
 
|definition =
+
Ребро <tex> \langle u, v \rangle \in E </tex> '''пересекает''' (англ. ''crosses'') разрез <tex> \langle S, T \rangle </tex>, если один из его концов принадлежит множеству <tex> S </tex>, а другой {{---}} множеству <tex> T </tex>.
Ребро <tex> ( u, v ) \in E </tex> '''пересекает''' (англ. ''crosses'') разрез <tex> \langle S, T \rangle </tex>, если один из его концов принадлежит множеству <tex> S </tex>, а другой {{---}} множеству <tex> T </tex>.
 
 
}}
 
}}
  
Строка 28: Строка 20:
 
{{Теорема
 
{{Теорема
 
|statement=
 
|statement=
Рассмотрим связный неориентированный взвешенный граф <tex> G = ( V, E ) </tex> с весовой функцией <tex>w : E \to \mathbb{R}</tex>. Пусть <tex> G' = ( V, E' ) </tex> {{---}} подграф некоторого минимального остовного дерева <tex> G </tex>, <tex> \langle S, T \rangle </tex> {{---}} разрез <tex> G </tex>, такой, что ни одно ребро из <tex> E' </tex> не пересекает разрез, а <tex> ( u, v ) </tex> {{---}} ребро минимального веса среди всех ребер, пересекающих разрез <tex> \langle S, T \rangle </tex>. Тогда ребро <tex> e = ( u, v ) </tex> является безопасным для <tex> G'</tex>.
+
Рассмотрим связный неориентированный взвешенный граф <tex> G = \langle V, E \rangle </tex> с весовой функцией <tex>w : E \to \mathbb{R}</tex>. Пусть <tex> G' = \langle V, E' \rangle </tex> {{---}} подграф некоторого минимального остовного дерева <tex> G </tex>, <tex> \langle S, T \rangle </tex> {{---}} разрез <tex> G </tex>, такой, что ни одно ребро из <tex> E' </tex> не пересекает разрез, а <tex> \langle u, v \rangle </tex> {{---}} ребро минимального веса среди всех ребер, пересекающих разрез <tex> \langle S, T \rangle </tex>. Тогда ребро <tex> e = \langle u, v \rangle </tex> является безопасным для <tex> G'</tex>.
 
|proof=
 
|proof=
 
[[Файл:Лемма_о_безопасном_ребре.png‎|right|thumb|300px]]
 
[[Файл:Лемма_о_безопасном_ребре.png‎|right|thumb|300px]]
Достроим <tex> E' </tex> до некоторого минимального остовного дерева, обозначим его <tex>T_{min}</tex>. Если ребро <tex>e \in T_{min}</tex>, то лемма доказана, поэтому рассмотрим случай, когда ребро <tex>e \notin T_{min}</tex>. Рассмотрим путь в <tex>T_{min}</tex> от вершины <tex>u</tex> до вершины <tex>v</tex>. Так как эти вершины принадлежат разным долям разреза, то хотя бы одно ребро пути пересекает разрез, назовем его <tex>e'</tex>. По условию леммы <tex>w(e) \leqslant w(e')</tex>. Заменим ребро <tex>e'</tex> в <tex>T_{min}</tex> на ребро <tex>e</tex>. Полученное дерево также является минимальным остовным деревом графа <tex>G</tex>, поскольку все вершины <tex>G</tex> по-прежнему связаны и вес дерева не увеличился. Следовательно <tex>E' \cup \{e\} </tex> можно дополнить до минимального остовного дерева в графе <tex>G</tex>, то есть ребро <tex>e</tex> {{---}} безопасное.
+
Достроим <tex> E' </tex> до некоторого минимального остовного дерева, обозначим его <tex>T_{min}</tex>. Если ребро <tex>e \in T_{min}</tex>, то лемма доказана, поэтому рассмотрим случай, когда ребро <tex>e \notin T_{min}</tex>. Рассмотрим путь в <tex>T_{min}</tex> от вершины <tex>u</tex> до вершины <tex>v</tex>. Так как эти вершины принадлежат разным долям разреза, то хотя бы одно ребро пути пересекает разрез, назовем его <tex>e'</tex>. По условию леммы <tex>w(e) \leqslant w(e')</tex>. Заменим ребро <tex>e</tex> в <tex>T_{min}</tex> на ребро <tex>e'</tex>. Полученное дерево также является минимальным остовным деревом графа <tex>G</tex>, поскольку все вершины <tex>G</tex> по-прежнему связаны и вес дерева не увеличился. Следовательно <tex>E' \cup \{e\} </tex> можно дополнить до минимального остовного дерева в графе <tex>G</tex>, то есть ребро <tex>e</tex> {{---}} безопасное.
 
}}
 
}}
  
Строка 40: Строка 32:
  
 
==Источники информации==
 
==Источники информации==
* Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р., Штайн К. {{---}} Алгоритмы. Построение и анализ : Вильямс, 2-е издание, 2005, С. 644-649
+
* Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р., Штайн К. {{---}} Алгоритмы. Построение и анализ : Вильямс, 2-е издание, 2005, С. 644—649
  
[[Категория: Алгоритмы и структуры данных]]  
+
[[Категория: Алгоритмы и структуры данных]]
[[Категория: Остовные деревья]]
+
[[Категория: Остовные деревья ]]
[[Категория: Построение остовных деревьев]]
 

Пожалуйста, учтите, что любой ваш вклад в проект «Викиконспекты» может быть отредактирован или удалён другими участниками. Если вы не хотите, чтобы кто-либо изменял ваши тексты, не помещайте их сюда.
Вы также подтверждаете, что являетесь автором вносимых дополнений, или скопировали их из источника, допускающего свободное распространение и изменение своего содержимого (см. Викиконспекты:Авторские права). НЕ РАЗМЕЩАЙТЕ БЕЗ РАЗРЕШЕНИЯ ОХРАНЯЕМЫЕ АВТОРСКИМ ПРАВОМ МАТЕРИАЛЫ!

Чтобы изменить эту страницу, пожалуйста, ответьте на приведённый ниже вопрос (подробнее):

Отменить | Справка по редактированию (в новом окне)

Шаблоны, используемые на этой странице: