Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Басакер Р. Конечные графы и сети

.pdf
Скачиваний:
39
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.41 Mб
Скачать

Р, БАСАКЕР, Т. СААТИ

КОНЕЧНЫЕ ГРАФЫ И СЕТИ

П е р е в о д с английского

В. I-I. Б У Р К О В А , С. Е. Л О В Е Ц К О Г О , В. Б. С О К О Л О В А

По д редакцией

А.И. Т Е И М А Н А

ИЗДАТЕЛЬСТВО сНАУКАэ ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ М о с к в а 1 9 7 4

6Ф6.5

Б27

УД К 62-50

Конечные графы н сети, Б а с а к е р Р., С а а т л Т., перевод с английского, Главная редакция физико-математической литературы нзд-ва «Наука», Москва, 1973, 363 стр.

Монография известных американских специалистов по исследованию опе­ рации посвящена теоретическим и прикладным вопросам теории графов. Книга состоит из двух частей В первой части рассматриваются основные понятия и проблемы теории графов Во второй части книги приводится множество ин­ тересных приложении теории графов в различных областях науки и техники, таких, как экономика, исследование операций, кибернетика, теория игр, лингви­ стика, передача данных н др. Книга снабжена подробной библиографией, уп­ ражнениями н ответами к ним.

Монография рассчитана на математиков, специалистов по исследованию операции, инженеров, научных работников и аспирантов, занимающихся теоре­ тическими и прикладными вопросами теории графов.

Илл. 175. Библ. 233 назв.

FINITE GRAPHS AND NETWORKS:

A n Introduction

with Applications

Robert G. Busacker & Thomas L. Saaty

Research Analysis

U, S. Arms Control

Corporation

and Disarmament

 

Agency

Mc GrawHill

Book Company

New York — St. Louis — San Francisco Toronto

London — Sydney

 

Перевод па

русский язык. Издательство «Наука», 1974

Б

3314—1853

162-73

042(02)-73

 

 

О Г Л А В Л Е Н И Е

От редактора перевода Предисловие

ЧА С Т Ь 1

ОС Н О В Ы Т Е О Р И И

Г л а в а 1. Основные понятия: неориентированные графы

1.1.Введение

1.2.Геометрические графы

1.3.Абстрактные графы

1.4.Изоморфизмы н реализации

1.5.Термины, описывающие локальные свойства

1.6.Маршруты, цепи и циклы

1.7.Связность

1.8.Деревья и леса

1.9.Разделяющие множества и разрезы

1.10.Некоторые специальные классы графов Литература

Г л а в а 2. Основные понятия: ориентированные графы

2.1.Введение

2.2.Ориентированные графы

2.3.Термины для описания локальной структуры

2.4. Ориентированные маршруты, пути и контуры .

2.5.Сильная связность

2.6.Деревья и разрезы

2.7. Ориентированные графы и бинарные отношения

Г л а в а 3. Разбиения и расстояния на графах .

3.1.Введение

3.2.Разбиения ребер

3.3.Разбиения дуг

3.4.Гамнльтоновы цени и циклы

3.5.Разбиения вершин

3.6.Радиус и диаметр

3 7 Задачи о минимальных расстояниях Литература .

4

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ,

 

 

 

 

Г л а в а

4. Плоские и неплоские графы. Теорема о раскраске

90

4.1.

Введение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90

4.2.

Плоские

 

графы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

91

4.3.

Дополнительный

граф

 

 

 

 

 

 

 

108

4.4.

Раскраска ребер

графа

 

 

 

 

 

 

 

112

4.5.

Раскраска граней н вершин. Задача о четырех красках

115

4.6.

Графы

и

поверхности

 

 

 

 

 

 

 

127

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

133

Г л а в а

5. Матричное

представление

графов

 

 

136

5.1.

Введение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

136

5.2.

Матрица

пнцнденцпн

 

 

 

 

 

 

 

139

5.3.

Матрица

циклов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

143

5.4.

Матрица

разрезов

 

 

 

 

 

 

 

 

144

5.5.

Матрица

смежности

вершин

 

 

 

 

 

149

5.6.

Матрица

путей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

157

5.7.

Реализуемость

матриц

циклов

и разрезов . . . .

158

5.8.

Матрица

графов

и комбинаторная

топология . . .

1Ь1

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

164

 

 

 

 

 

 

Ч А С Т Ь

и .

 

 

 

 

 

 

 

П Р И Л О Ж Е Н И Я

Т Е О Р И И

 

ГРАФОВ

 

 

Г л а в а

6. Прикладные задачи теории графов

 

 

'66

6.1.

Введение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

166

П р и л о ж е н и я к э к о н о м и к е и

и с с л е д о в а н и ю

 

о п е р а ц и й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'Vj,

6.2. Экономика

и

снабжение

 

 

 

 

 

 

1°7

6.3.

Линейное

программирование

и

потоки в

сетях

. .

172

6.4.

Задачи

типа

П Е Р Т

 

 

 

 

 

 

 

 

173

К о м б и н а т о р н ы е

з а д а ч и

 

 

 

 

 

'83

6.5.

Примеры

комбинаторных задач

в теории

графов . .

'83

6.6.

Минимальное

число

аварий

на

кирпичном

заводе . .

197

6.7.

Минимальное

число

пересечений

в полных

графах . .

202

Г о л о в о л о м к и

и и г р ы

 

 

 

 

 

.

205

6.8.

Задача

соединения

раскрашенных

кубов

. . . .

205

6.9. Задачи изменения состояний системы

 

 

207

6.10.

Матричная

форма

задачи

о

переправе . . . .

213

6.11.

Задача

деления

треугольника

 

 

 

 

 

219

6.12.

Игра

двух

лиц

 

 

 

 

 

 

 

 

220

6.13.

Игры на шахматной доске

 

 

 

 

 

 

224

П а р о с о ч е т а н и я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

226

6.14.

Максимальные

паросочетания

 

 

 

 

226

Т е х н и ч е с к и е п р и л о ж е н и я

 

 

 

 

 

238

6.15.

Анализ

технических

систем

 

 

 

 

 

238

6.16.

Сети

связи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

244

6.17.

Граф

потока

сигналов

 

 

 

 

 

 

248

6.18.

Переключательные

сети (схемы)

 

 

 

254

6.19.

Объединение

электростанций

 

в

энергосистему

. .

257

6.20.

Печатные схемы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

258

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

5

Е с т е с т в е н н ы е

н а у к и

 

 

 

 

 

 

 

260

6.21.

Идентификация

в

химии

 

 

 

 

 

 

2о0

6.22.

Простая

модель

из

органической

химии . . . .

 

265

6.23.

Д в а примера

из

статистической

механики

. . .

238

6.24.

Генетическая

задача

 

 

 

 

 

 

 

 

270

З а д а ч и и з у ч е н и я

ч е л о в е к а

и о б щ е с т в а

,

272

6.25.

Графы

и

кибернетика

 

 

 

 

 

 

 

272

6.26.

Применения

в социологии .

 

 

 

 

 

 

277

6.27.

Математические

модели

разоружения

. . . .

 

281

6.28.

Лингвистика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

284

Литература

к

разделу

6.28

 

 

 

 

 

 

 

2S9

Д о п о л н и т е л ь н ы е

 

п р и л о ж е н и я . . . .

 

289

6.29.

Математические

машины и цепи

Маркова

. . .

289

6.30. Группы и обыкновенные графы

 

 

 

 

 

295

6.31.

Построение деревьев минимальной общей длины

.

297

6.32.

Графы

 

и

собственные

значения

неотрицательных

 

 

матриц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

298

6.33.

Задача

ранжирования

 

 

 

 

 

 

 

3d0

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

304

Г л а в а

7.

Потоки

в сетях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

309

7.1.

Введение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

309

7.2.

Основная

терминология

 

 

 

 

'. . . .

309

7.3.

Отношения между потоками и операции над

ними .

313

7.4.

Простые

 

потоки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

314

7.5.

Д р у г о е

представление

потока .

 

 

 

 

315

7.6.

Потоки с ограничениями па дугах

 

 

 

 

 

31g

7.7.

Максимальный

поток

в

транспортной

 

сети

. . .

325

7.8. Максимальные

потоки

в

сетях общего

 

вида с

ограни­

 

 

ченными

пропускными

способностями дуг . . . .

 

327

7.9.

Потоки

минимальной

стоимости

 

 

 

 

 

 

332

7.10.

Некоторые

специальные

задачи

о

потоках . . .

333

7.11. Задачи о миогопродуктовых потоках

 

 

 

 

340

7.12.

Стохастические потоки

в сетях

 

 

 

 

 

343

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 4 6

Ответы

к

упражнениям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34д

Краткий

 

терминологический

 

словарь

.

 

 

 

 

gg2

1

ОТ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

Книга Басакера н Саатн «Конечные графы и сети» рассчитана на лиц, занимающихся использованием тео­ рии графов при решении различных задач в области тех­ ники, экономики, социологии. Она содержит основные понятия теории графов, достаточно полный перечень научных результатов и описание методов решения раз­

личных

задач .

 

 

 

 

 

 

 

 

Д л я

лучшего понимания

и усвоения

материала в кни­

ге приводится большое число примеров,

а т а к ж е

имеются

учебные

упражнения .

 

 

 

 

 

 

 

Следует заметить, что книга в целом написана не вез­

де

ровно и наряду

с элементарными сведениями

приво­

дятся данные, требующие ог читателя солидной

матема ­

тической подготовки.

 

 

 

 

 

 

 

Перевод

книги представлял известные

трудности. В

русской

литературе

до настоящего

времени

отсутствует

единая

терминология по теории графов, и

переводчикам

в

процессе

работы

над

книгой

пришлось

приложить

много труда

при выборе терминов. Дополнительные труд­

ности возникли в связи с тем, что терминология авторов далеко не бесспорна.

В процессе перевода поддерживался контакт с авто­ рами, что позволило уточнить ряд мест. Кроме того, ис­

правлены имевшиеся в оригинале неточности

и опе­

чатки.

 

Несмотря на то, что с момента выхода книги

на анг­

лийском языке прошло относительно длительное время, можно надеяться, что ее русское издание окажется полез­ ным д л я широкого круга лиц, занимающихся при­ кладными математическими вопросами, инженеров и экономистов.

А.Тейман

ПР Е Д И С Л О В И Е

Теория графов дает простой, доступный и мощный инструмент построения моделей и решения задач

упорядочения

объектов. В

настоящее

время суще­

ствует множество

проблем,

где требуется

построить

некоторые сложные

системы

с помощью

определенного

упорядочения их элементов. Сюда относятся

календарное

планирование

промышленного

производства,

задачи те­

ории сетевого планирования и управления ( С П У ) , такти­ ческие и логические задачи, проблемы построения систем связи и исследования процессов передачи информации, выбор оптимальных маршрутов и потоков в сетях, методы

построения электрических сетей,

задачи идентификации

в органической химии и способы

построения переключа­

тельных схем. Таким ж е являются большой круг эконо­ мических задач, проблемы выбора структуры социальных групп, игровые задачи и головоломки и т. д. Таким обра­ зом, область возможных применений теории графов очень широка. Комбинаторные методы нахождения нужного упорядочения объектов существенно отличаются от клас ­ сических методов анализа поведения систем с помощью уравнений. Кроме языка теории графов задачи упорядо­ чения объектов можно формулировать в терминах теории матриц с элементами ноль — один, или в терминах тео­ рии конечных множеств.

Однако с полным основанием можно сказать, что теория графов является одним из простейших и наиболее элегантных разделов современной математики с широкой областью применения. И м е я в своей основе простейшие идеи и элементы: точки, соединенные линиями, теория графов строит из них богатое многоообразие форм, наде­ ляет эти формы интересными свойствами и в результате

8 ПРЕДИСЛОВИЕ

становится полезным инструментом при исследовании са­ мых разнообразных систем. Кроме того, теория графов внесла большой вклад в разработку методов а н а л и з а ши­ рокого круга комбинаторных проблем.

Вместо понятия графа часто используется понятие «сеть». Это особенно относится к случаям, когда кроме основных чисто структурных соотношений в графе зада ­ ются некоторые количественные характеристики точек и линий, образующих граф . В качестве примера можно назвать электрические сети, сети выполнения работ в про­ ектах, сети потоков. При этом ребрам сети ставятся в со­

ответствие определенные

количественные

характеристик;!

энергии, затрат и потока.

 

 

 

 

 

Д а н н а я книга рассчитана

на

преподавателей, работа­

ющих со

студентами выпускных

курсов

и

аспирантами

первого

года обучения

по

специальности

математика,

естественные и общественные науки, технические науки, экономика и исследование операций. Как показал опыт практической работы со студентами, книга дает доста­ точно широкое общее представление о теории графов и разнообразных сферах ее применения и стимулирует развитие творческой активности учащихся. Материал книги является развитием курса, читавшегося в течение

нескольких лет аспирантам

университета

Д ж о р д ж а

Ва­

шингтона и студентам некоторых зарубежных

учебных

заведений.

 

 

 

 

 

 

Нам

кажется,

что любой человек,

который

готовит

себя к работе в области науки или техники, должен

поз­

накомиться хотя бы с основами теории графов,

так

как

эта теория является фундаментальной

по

своей

природе

и имеет

широкую

область

применения.

Одна

из целей

настоящей книги состоит как раз в том, чтобы обеспечить такое знакомство. Книгу можно рассматривать как ввод­ ный курс в теорию графов, или как пособие для само­ стоятельной работы. В использованной литературе имеет­ ся много статей, посвященных разнообразным частным проблемам, но они, конечно, не являются исчерпыва­ ющими.

Материал книги преподносится в форме неформально­ го обсуждения основных идей. Четкость обсуждения уси­ ливается за счет их иллюстрации разнообразными при­ ложениями . Мы надеемся, что такой способ изложения

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ