- •А.А. Хусаинов н.Н. Михайлова дискретная математика
- •Введение
- •1. Множества и отношения
- •1.1. Способы задания множеств
- •1.2. Операции и их свойства
- •Предложение. Пусть u – множество. Тогда для любых его подмножеств a, b и c верны равенства:
- •1.3. Решение уравнений с неизвестным множеством
- •1.4. Перечисление подмножеств
- •1.5. Отношения и функции
- •Операции над бинарными отношениями. Бинарным отношением между элементами множеств a и b называется произвольное подмножество r ab. Запись aRb (при a a, b b ) означает, что (a,b) r .
- •Обозначим IdA через Id. Легко видеть, что имеет место следующее
- •Нижняя грань обозначается через . Двойственно, как наименьший элемент множества , определяетсяверхняя грань .
- •Лемма 1. Если конечное частично упорядоченное множество (X,) является нижней полурешеткой и имеет наибольший элемент, то оно будет решеткой.
- •Теорема 1. Пусть X – конечное множество. Множество отношений эквивалентности на X с отношением включения является решеткой.
- •1.7. Математическое моделирование баз данных
- •Определение 1. (1nf) Файл находится в первой нормальной форме, если для него задано некоторое положительное целое число n и последовательность множеств (a1, , An) таких, что
- •Определение 2.
- •Определение 3. (2nf) Файл с первичным ключом находится во второй нормальной форме, если он находится в первой нормальной форме, и для любого атрибут Ak функционально полно зависит от атрибутов .
- •Третья нормальная форма
- •2. Комбинаторика
- •2.1. Размещения
- •2.2. Сочетания
- •Теорема 2. Число сочетаний из n по k равно .
- •Пример 2. Число неубывающих сюръекций n 1 равно .
- •Лемма 1. Пусть - число сочетаний с повторениями изn по k. Тогда равно числу неубывающих функций{1,2, , n-1} {0,1,2, , n}
- •Теорема 7. .
- •Следствие 1. Равно числу неубывающих функций
- •Формула включения и исключения Перечисление элементов объединения подмножеств. Обобщим формулу
- •Теорема 1. (Формула включения-исключения)
- •Теорема 2.
- •2.4. Разбиения
- •Лемма 1. .
- •Теорема 1.
- •Пример 2. Число s(4,2) равно 7, ибо все разбиения множества {1,2,3,4, 5, 6, 7} на два блока исчерпываются следующими:
- •Теорема 2. Имеют место следующие свойства чисел Стирлинга второго рода:
- •Теорема 3. ,n 0 .
- •2.5. Упражнения
- •Упорядоченные разбиения
- •Формула включения и исключения
- •Неупорядоченные разбиения
- •3. Производящие функции
- •3.1. Свойства производящих функций
- •3.2. Разбиения чисел
- •Лемма 1. Число разбиений p(n) равно количеству решений
- •Замечание. Частное от деления любых двух многочленов является производящей функцией некоторой возвратной последовательности, порядок которой равен степени знаменателя.
- •Получаем . Следующий шаг – разложение знаменателяK(X) в произведение (1 1x) (1 2x). В данном случае это можно сделать с помощью формулы Виеты. Поскольку имеют место равенства
- •3.5. Упражнения Свойства производящих функций
- •Решение рекуррентных уравнений
- •4.1. Эйлеровы графы
- •Теорема 1. Граф является эйлеровым тогда и только тогда, когда нечетную степень имеют не более двух вершин.
- •4.2. Простые графы и их свойства
- •Замечание. Теорема Эйлера имеет место и для графов, не являющихся простыми.
- •4.3. Хроматическое число и хроматическая функция графа
- •Теорема 1. Следующие свойства графа равносильны
- •Теорема 3. Хроматическая функция f (q) конечного графа с n вершинами является многочленом степени не более, чем n.
- •Число последовательностей из n-2чисел принадлежащих множеству{1, 2, ∙ ∙ ∙, n}равноnn-2, значит число нумерованных деревьев равноnn-2.
- •Для всякого элемента aa слово a есть терм;
- •В нормальной форме Бэкуса-Наура определение будет следующим:
- •Теорема 1. Числа Каталана равны .
- •4.6. Плоские графы Эйлерова характеристика. Двумерной клеткой мы будем называть часть поверхности, ограниченную некоторым криволинейным многоугольником.
- •Графы Куратовского. Далее мы рассмотрим следующие две задачи.
- •Следствие 1. Граф k5 не плоский.
- •Следствие 2. Граф k3,3 не плоский.
- •Лемма 2. Пусть (V,e) – плоский конечный граф. Тогда существует вершина VV такая, что d(V) 5. Здесь d(V) – степень вершины V.
- •Теорема 4. Для плоского связного графа существует правильная раскраска вершин в 5 цветов.
- •Теорема 5. Пусть p – число вершин, q – число ребер, r – число граней правильного многогранника. Тогда возможен один из следующих случаев, рассмотренных в таблице 4.1.
- •4.7. Упражнения Свойства графов
- •Хроматическое число и хроматическая функция графа
- •20.Найти хроматическую функцию графа An , приведенного на рис. 4.16.
- •Деревья
- •5. Конечные частично упорядоченные множества
- •5.1. Диаграмма Хассе частично упорядоченного множества
- •Пример 1. На рис. 5.1 показана диаграмма Хассе множества p({0,1,2}) подмножеств множества {0,1,2}, упорядоченное отношением .
- •5.2. Функция Мебиуса
- •Определение 1. Функцией Мебиуса : XXz называется функция, определенная по формуле
- •5.3. Формула обращения
- •5.5. Упражнения Диаграмма Хассе
- •Функция Мебиуса
- •Расчетно-графическое задание
- •Пример решения задачи 1
- •Контрольная работа
- •Варианты заданий
- •Примеры решения задачи 1
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 2
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 3
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 4
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 5
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 6
- •Варианты заданий
- •Пример решения задачи 7
- •Экзаменационные вопросы и задачи Вопросы
- •Литература
- •Содержание
Хроматическое число и хроматическая функция графа
18. Вершинами графа перестановок являются перестановки n чисел {1, 2, 3, , n}. Вершины, отличающиеся транспозицией, содединяются ребрами. Будет ли граф перестановок плоским при n≥ 3 ? Найти хроматическое число графа перестановок чисел
{1, 2, 3, , n}.
19. Булев куб Bn размерности n состоит из вершин (1 , 2 , , n ), i {0, 1}, где две вершины смежны если они отличаются одной компонентой i . Найти хроматическое число графа Bn .
20.Найти хроматическую функцию графа An , приведенного на рис. 4.16.
Рис. 4.16. Граф An
21. Найти хроматическую функцию полного графа Kn .
22. Найти хроматический многочлен графа, изображением которого является буква «A».
23. Найти хроматический многочлен графа C5 .
Ответ: f(q) = q5 – 5q4 + 10q3 – 10q2 + 4q.
24. Найти хроматические многочлены и хроматические числа графов, приведенных на рис. 4.17.
Рис. 4.17. Примеры графов
Соседние области флага имеют различные цвета. Сколькими способами можно раскрасить в семь цветов изображенный на рис. 4.18 флаг?
|
|
|
|
Рис. 4.18. Пример флага
Соседние области флага должны иметь различные цвета. Сколькими способами можно раскрасить в qцветов флаг на рис. 4.19?
|
|
| |
|
Рис. 4.19. Пример флага
27. Найти число раскрасок граней куба, при которых соседние грани имеют различные цвета. Число цветов не превосходит 7.
Построить рекуррентное соотношение для хроматических многочленов и найти эти многочлены.
Найти хроматическое число графа, полученного удалением одного ребра из полного графа Kn . Двух ребер. Трех ребер, составляющих треугольник.
Ответ: n-1, n-1, n-2.
Деревья
Является ли дерево двудольным графом?
Код Прюфера нумерованного дерева с nвершинами состоит из последовательностиn-2чисел, принимающих значения от1доn.Упаковка. Код Прюфера нумерованного дерева сnвершинами строится следующим образом. В цикле находится висячая вершина с наименьшим номером. Номер вершины смежной с найденной записывается в последовательность. Цикл повторяетсяn2раза.Распаковка. Выписываем множествоB={1, 2, 3, ∙ ∙ ∙, n}, гдеnравно длине кода плюс два. Устанавливаем начальное множество ребер дереваT= . Далее выполняются действия:
for (i=1; i<n1; i++)
{
b= min { kB: kaj j ≥ i} ;
добавить к T ребро {b,ai} ;
B = B \ {b} ;
}
Распаковать и упаковать следующие коды:
4445577
24446
77321
12579213
Найти число максимальных поддеревьев графа K4.
Найти все максимальные поддеревья графа, полученного удалением одного ребра из графа K4 . Ответ приведен на рис.4.20.
Рис. 4.20. Максимальные поддеревья графаK4
5. Конечные частично упорядоченные множества
5.1. Диаграмма Хассе частично упорядоченного множества
Напомним, что ориентированным графом называется пара (V,A), состоящая из множестваVи подмножестваAVV. Элементы изAназываются стрелками, а изV– вершинами. Для стрелки(u,v)вершинаuназывается началом, а изv– концом.
Пусть (X,) – частично упорядоченное множество. Множество]x,y[ = {vX: x<v<y}называется открытым интервалом с концамиxиy.
Определение 1. Диаграммой Хассеназывается ориентированный граф(V,A)сV=XиA={(u,v): u<vи]u,v[ = }.