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Orientación Universidad
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combinatoria, Apuntes de Matemática Discreta

Asignatura: Matemática Discreta, Profesor: , Carrera: Grado en Ingeniería Informática, Universidad: UMA

Tipo: Apuntes

2013/2014

Subido el 20/09/2014

manuelgm7
manuelgm7 🇪🇸

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Introducción a la teoría de grafos
GRAFOS
Un grafo es un conjunto de puntos (vértices) en el espacio, que están conectados por un conjunto de líneas (aristas).
Otros conceptos básicos son:
Dos vértices son adyacentes si comparten la misma arista.
Los extremos de una arista son los vértices que comparte dicha arista.
Un grafo se dice que es finito si su número de vértices es finito.
Representación gráfica de un grafo
Dado un grafo G = (V, E) donde V = {a, b, c, d, e} y E = {ab, bc, be, cd, de, ad}, constrúyase una
representación gráfica de G.
a
/ \
/ \
b /-------\--------/ e
\ \ /
\ \ /
\-------
c d
Debido a lo dificultoso de realizar dibujos mediante el lenguaje HTML, he propuesto este ejemplo para que en los
ejemplos sucesivos, se haga una representación gráfica de un grafo uniendo los vértices con las aristas dadas, tal y
como se ha hecho en el dibujo.
Clases de grafos
Un multigrafo es un grafo con varias aristas entre dos v‚rtices.
Un pseudografo es un grafo en el que hay aristas (lazos) que tienen el mismo extremo.
Un digrafo es un grafo donde a cada arista se le indica un sentido mediante una flecha.
Los multidigrafos o pseudomultidigrafos son combinaciones de los anteriores.
Identificación de grafos
a) V = {a, b, c, d} y E = {aa, ab, bc, cd, dd} Representa un pseudografo
b) V = {a, b, c, d, e, f} y E = {b->a, b->c, c->d, d->e, e->f} Representa un digrafo
c) V = {a, b, c, d} y E = {ab, 2*bc, cd, 2*da} Representa un multigrafo
d) V = {a, b, c, d, e, f} y E = {ab, bc, cd, de, ef, fa, b->f, f->d} No representa un grafo
Teoremas
Dos grafos son isomorfos si tienen el mismo número de vértices y aristas y, éstas se corresponden con los mismos
extremos.
El grado del vértice de un grafo (gr) es el número de aristas que tienen por extremo dicho vértice.
Si dos grafos son isomorfos, los vértices que se corresponden tienen el mismo grado.
Primer Teorema de la Teoría de Grafos: todo grafo contiene un número par o cero de vértices de grado impar.
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Introducción a la teoría de grafos

GRAFOS

Un grafo es un conjunto de puntos ( vértices ) en el espacio, que están conectados por un conjunto de líneas ( aristas ). Otros conceptos básicos son:

  • Dos vértices son adyacentes si comparten la misma arista.
  • Los extremos de una arista son los vértices que comparte dicha arista.
  • Un grafo se dice que es finito si su número de vértices es finito. Representación gráfica de un grafo

Dado un grafo G = (V, E) donde V = {a, b, c, d, e} y E = {ab, bc, be, cd, de, ad}, constrúyase una

representación gráfica de G.

a

/ \

/ \

b /---------------/ e

\ \ /

\ \ /

-------

c d

Debido a lo dificultoso de realizar dibujos mediante el lenguaje HTML, he propuesto este ejemplo para que en los ejemplos sucesivos, se haga una representación gráfica de un grafo uniendo los vértices con las aristas dadas, tal y como se ha hecho en el dibujo.

Clases de grafos

  • Un multigrafo es un grafo con varias aristas entre dos v‚rtices.
  • Un pseudografo es un grafo en el que hay aristas (lazos) que tienen el mismo extremo.
  • Un digrafo es un grafo donde a cada arista se le indica un sentido mediante una flecha.
  • Los multidigrafos o pseudomultidigrafos son combinaciones de los anteriores. Identificación de grafos
  • a) V = {a, b, c, d} y E = {aa, ab, bc, cd, dd} Representa un pseudografo
  • b) V = {a, b, c, d, e, f} y E = {b->a, b->c, c->d, d->e, e->f} Representa un digrafo
  • c) V = {a, b, c, d} y E = {ab, 2bc, cd, 2da} Representa un multigrafo
  • d) V = {a, b, c, d, e, f} y E = {ab, bc, cd, de, ef, fa, b->f, f->d} No representa un grafo

Teoremas

  • Dos grafos son isomorfos si tienen el mismo número de vértices y aristas y, éstas se corresponden con los mismos extremos.
  • El grado del vértice de un grafo (gr) es el número de aristas que tienen por extremo dicho vértice.
  • Si dos grafos son isomorfos, los vértices que se corresponden tienen el mismo grado.
  • Primer Teorema de la Teoría de Grafos : todo grafo contiene un número par o cero de vértices de grado impar.
  • Un subgrafo es un grafo que está contenido dentro de otro grafo y que se obtiene elimando algunas aristas y vértices del grafo principal.
  • Un grafo es regular si todos sus vértices tienen el mismo grado k (k-regular).
  • Un grafo es completo si cada par de vértices son los extremos de una arista.
  • Dos grafos completos con el mismo número de vértices son isomorfos. Subgrafos de un grafo Hallar todos los subgrafos del grafo:

a

/ \

/ \

/ \

b c

Se realiza la lista de subgrafos del grafo de la figura por orden creciente al número de aristas (CV es el conjunto

vacío):

  1. Subgrafos con cero aristas: 1.1. Con un vértice: grafo 1.1.1.: ({a}, CV) grafo 1.1.2.: ({b}, CV) grafo 1.1.3.: ({c}, CV) 1.2. Con dos vértices: grafo 1.2.1.: ({a, b}, CV) grafo 1.2.2.: ({b, c}, CV) grafo 1.2.3.: ({a, c}, CV) 1.3. Con tres vértices: grafo 1.3.1.: ({a, b, c}, CV)
  2. Subgrafos con una arista: 2.1. Con dos vértices: grafo 2.1.1.: ({a, b}, {ab}) grafo 2.1.2.: ({b, c}, {bc}) grafo 2.1.3.: ({a, c}, {ac}) 2.2. Con tres vértices: grafo 2.2.1.: ({a, b, c}, {ab}) grafo 2.2.2.: ({a, b, c}, {bc}) grafo 2.2.3.: ({a, b, c}, {ac})
  3. Subgrafos con dos aristas: 3.1. Con tres vértices: grafo 3.1.1.: ({a, b, c}, {ab, bc}) grafo 3.1.2.: ({a, b, c}, {ab, ac}) grafo 3.1.3.: ({a, b, c}, {ac, bc})
  4. Subgrafos con tres aristas: 4.1. Con tres vértices: grafo 4.1.1.: ({a, b, c}, {ab, bc, ac}) CAMINOS Un camino en un grafo es una sucesión finita en la que aparecen alternadamente vértices y aristas de dicho grafo. Otras definiciones básicas son:

(c, b, f, c, d, f, e, b, a, e, d)

EXPLORACION Los grafos son utilizados con frecuencia para representar vías y redes de comunicación. Aquí se ofrece una forma matricial de representar un grafo. Se denomina matriz de adyacencia a una matriz cuyas entradas son unos y ceros

siguiendo una ley: a cada emtrada mij le corresponde la arista dada por vivj. Según sea grafo o digrafo será:

GRAFO DIGRAFO

mij = 1 si vivj forma arista mij = 1 si vivj forma arista y orientación = vi -> vj

mij = 0 si vivj no forma arista mij = 0 si vivj no forma arista y orientación = vj -> vi

Teoremas

Dos grafos con la misma matriz de adyacencia son isomorfos. Un árbol es un grafo conexo sin ciclos. Un grafo es un árbol si y sólo si cada dos vértices distintos se conectan por un único camino simple. Un grafo es etiquetado si sus aristas tienen asignado un número. Se llama distancia de un grafo etiquetado a la longitud mínima del camino entre dos vértices dados. Matriz de adyacencia de un grafo Con los siguientes vértices:

  • Hallar la matriz de adyacencia del grafo {12, 23, 34, 45, 51, 13, 35}
  • Hallar la matriz de adyacencia del digrafo {1->2, 2->3, 3->4, 4->5,5->1, 1->3, 5->3}

Algoritmo de Dijkstra

Es un algoritmo que sirve para hallar la distancia más corta entre dos vértices de un digrafo. Sus reglas básicas son:

  • Se toma el vértice inicial y se comprueba todas las direcciones posibles de salida.
  • Se elige entre todos los vértices el de la distancia mínima y se accede a él.
  • Desde el siguiente vértice se efectúa el mismo paso hasta llegar al vértice final.
  • El algoritmo recorre todos los caminos posibles hasta tener la distancia mínima entre ambos vértices. Hallar el camino más corto

Calcular la distancia desde el vértice s hasta el vértice t aplicando el Algoritmo de Dijkstra en el siguiente grafo

etiquetado:

a b

s t

c d

Distancias: (sa=18, sc=15, ac=6, ab=9, cd=7, cb=14, bd=10, bt=28, dt=36)

El camino más corto será (s, a, b, t) donde d(s, t) = 55

MAPAS

Definiciones

  • Un grafo se dice que es plano si admite una representación gráfica en el plano de modo que cada arista corta únicamente a otra arista en un vértice que sea extremo de ambas.
  • Una representación de un grafo con estas condiciones se dice que es un mapa.
  • Un mapa es conexo si el grafo que representa es conexo.
  • Las regiones son las divisiones en varias partes de un plano.
  • El grado de una región es la longitud del camino que la bordea.
  • La suma de los grados de las regiones de un mapa es igual al doble del número de aristas del grafo que representa.

Fórmula de Euler

Sea M un mapa conexo con #R (número de regiones) que representa al grafo G con #V (número de vértices) y con

#E (número de aristas), entonces:

#V - #E + #R = 2

Teoremas

  • Si un grafo es plano conexo con #V > 2, entonces #E <= 3#V - 6.
  • Si en un grafo plano conexo con #V > 2, no existe ningún subgrafo isomorfo k3-regular, entonces #E <= 2#V
  • Dos regiones son adyacentes si los caminos que las bordean tienen alguna arista en común.
  • Una coloración es una aplicación de tal manera que dos vértices contiguos no puedan tener el mismo color.
  • Todo grafo plano admite una coloración con cuatro colores.
  • Un grafo es bipartito si existe una coloración con sólo dos colores, o si y sólo si no tiene ciclos con longitud impar. Ultima actualización: 3 de septiembre de 1997