欧拉图及其应用

什么是欧拉图

提到欧拉图就要谈到哥尼斯堡七桥问题,最初有这样的一个问题的:18世纪中叶,东普鲁士哥尼斯堡城有一条贯穿全城的普雷格尔河,河中有两个岛,通过七座桥彼此相连,如下图所示
在这里插入图片描述

问题是这样的:有人从四块陆地中的任意一块出发,按什么样的路线能做到每座桥只通过一次而最后返回原地。
我们可以将整个问题抽象成下面的图进行解答:
在这里插入图片描述

如果我们将每个节点与其他边数查出来(即数出每个节点的度数)这样就有下面的列表:

名称度数
陆地13
陆地23
岛14
岛23

对于一个结点来说,每出一次节点,代表与结点相连的某一条边已经走过了即结点度数减1,与其相连的结点的度数也减1,如果上述哥尼斯堡有解的话,就应该存在这样一条回路从某个地点出发最后回到某个地点。
每走过一条边会导致这条边的两个端点的度数减1,如下图所示:
在这里插入图片描述

名称度数
陆地13-1=2
陆地23
岛14-1=3
岛23

也就是说如果能够不重复的走过所有的桥,最后各个结点的度数一定为0.即

名称最终不断计算度数变化
陆地10
陆地20
岛10
岛20

如果七桥问题有解,由于最终是回到起点,所以走的路径一定是回路
在这里插入图片描述

假设在七桥问题中存在这样一条回路,先考虑回路除起点(终点)外的其他结点,那么进入某个结点之后应该能够出来,也就是每经过一个结点会造成结点的度数减2
也就是说非起点(终点)结点的度数一定得是偶数,才能经过不断的减2、减2最终变成0
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起点(终点)在最初的时候出了一次,度数减去1,在最终的时候回了一次,度数减去1,这样就减去了2,
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经过分析起点(终点)结点的度数一定得是偶数,才能经过不断的减2、减2最终变成0。
也就是说必须在所有结点的度数均为偶数的情况下,才能找到一条回路经过一次所有边且只经过一次。

欧拉在解决了哥尼斯堡七桥问题之后,提出并解决了一个更加一般性的问题:在什么样的图中能够找到通过图中每条边一次且仅一次的回路?
我们将能够在图中找到通过图中每条边一次且仅一次的通路(注意没有说回路)的图称为欧拉图。这样的通路叫做欧拉通路。具有欧拉通路的图叫欧拉图。

如何确定欧拉图

上边已经确定分析了具有欧拉回路的情况,因为是回路,所以其中所有的结点的度数都是偶数。
那么不是回路,但是通过所有的边一次且仅以此的通路,会让我们得出什么样的结论呢?
非起点或终点的结点,即路径中间的经过的结点,我们可以通过如下图的分析得到:
在这里插入图片描述

中间的结点仍然是减去2
在这里插入图片描述

也就是说在欧拉通路不是回路的情况下,只有两个结点的度数为奇数,其余结点的度数均为偶数。
结合欧拉通路是回路的情况也就是说,一个图要是欧拉图,要么所有结点的度数均为偶数,要么其中两个结点的度数为奇数,其余结点的度数为偶数,即奇度数结点的个数为0或2.注:奇度数结点为2的是半欧拉图。图必须是连通的,不连通一定不是欧拉图。

欧拉图的应用

欧拉图可以用来解决一笔画问题、蚂蚁比赛问题、计算机鼓轮设计、中国邮路问题,这些问题在以后有时间了在进行讨论。

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