lý thuyết pascal phần đồ thị

II / Phân loại đồ thị :Cách phân loại theo số cung S nối 2 đỉnh : nếu S = 0..1 thì có đơn đồ thị , nếu S>1 có đa đồ thị Cách phân loại theo cung có hớng và vô hớng : + Trong đồ thị có hớ

Phần 1 : Khái niệm chung

I / Định nghĩa đồ thị :

Đồ thị gồm tập hợp X và một ánh xạ F từ X vào X ( ánh xạ này có thể đa trị ) Kí hiệu đồ thị là G(X,F)

Thí dụ : Trong mặt phẳng , hình ảnh hình học của đồ thị có thể nh :

+ Tập X : tập điểm ( gọi là tập đỉnh của đồ thị )

+ ánh xạ F biểu hiện nh tập cung U ( có hớng hoặc vô hớng )

Cung nối đỉnh xi với đỉnh xk kí hiệu là u i k

Đỉnh xi gọi là đỉnh gốc , đỉnh xk gọi là đỉnh ngọn của cung uik Cung nối 1 đỉnh với chính

đỉnh ấy gọi là cung khuyên

Đỉnh treo là đỉnh chỉ có 1 cung nối với nó , cung này cũng gọi là cung treo

Đỉnh cô lập là đỉnh không có cung nào nối với nó

Tập hợp các cung của một đồ thị kí hiệu là U , thì đồ thị ký hiệu là G(X,U)

Ma trận kề của đồ thị ( có N đỉnh ) là ma trận A(N,N) đợc tạo nh sau :

Nếu có s cung nối đỉnh i với đỉnh k thì A[i,k] = s ( thông thờng s=1 ) Nếu không có cung nào nối thì A[i,k]=0

Trong ma trận A(7,7) qui định A[i,i]=0 (i=1 7)

II / Phân loại đồ thị :

Cách phân loại theo số cung S nối 2 đỉnh : nếu S = 0 1 thì có đơn đồ thị , nếu S>1 có đa

đồ thị

Cách phân loại theo cung có hớng và vô hớng :

+ Trong đồ thị có hớng qui định chiều đi trên cung từ đỉnh gốc đến đỉnh ngọn.+ Trong đồ thị vô hớng không phân biệt chiều đi trên cung ( nghĩa là không định hớng trên cung ) Khi đó trong ma trận kề ta có A[i,k] = A[k,i] ( số cung từ i tới k cũng là

số cung từ k tới i ) Đồ thị vô hớng còn gọi là đồ thị đối xứng Cung trong đồ thị đối xứng

+ Một dãy cung liên tiếp ( có thể không cùng chiều ) gọi là một dây chuyền

+ Một dây chuyền mà ngọn của cung này là gốc của cung tiếp theo (trừ cung cuối cùng ) đợc gọi là một mạch ( còn gọi là đờng đi có hớng )

+ Một mạch khép kín (ngọn cung cuối cùng trùng với gốc cung đầu tiên ) gọi là mạch đóng ( còn gọi là chu trình có hớng )

+ Chu trình sơ cấp là chu trình đi qua các đỉnh của nó không quá 1 lần (trừ đỉnh

đầu và đỉnh cuối)

+ Độ dài của mạch là tổng khoảng cách các cung của nó (trong một số trờng hợp ngời ta coi mỗi cung dài bằng 1 thì độ dài của mạch là số lợng cung trên mạch

đỉnh đợc gọi là liên thông mạnh nếu tồn tại ít nhất 1 mạch nối chúng Một vùng liên thông của đồ thị là tập hợp một số đỉnh của đồ thị mà 2 đỉnh bất kỳ trong chúng liên thông nhau Một vùng liên thông mạnh của đồ thị là tập hợp một số đỉnh của đồ thị mà 2 đỉnh bất kỳ trong chúng liên thông mạnh với nhau

Một đồ thị đợc gọi là đồ thị liên thông nếu nó chỉ gồm 1 vùng liên thông duy nhất ,một đồ thị đợc gọi là đồ thị liên thông mạnh nếu nó chỉ gồm 1 vùng liên thông mạnh duy nhất

Ta cũng có các định nghĩa tơng tự cho đồ thị vô hớng :

+ Tổng số cạnh nối tới một đỉnh gọi là bậc của đỉnh

+ Một dãy cạnh và đỉnh liên tiếp gọi là một đờng đi

+ Một đờng đi khép kín gọi là một chu trình

+ Chu trình sơ cấp là chu trình đi qua các đỉnh của nó không quá 1 lần (trừ đỉnh

đầu và đỉnh cuối)

+ Độ dài của đờng đi là tổng khoảng cách các cạnh của nó (trong một số trờng hợp ngời ta coi mỗi cạnh dài bằng 1 thì độ dài của đờng đi là số lợng cạnh trên đờng đi

liên thông của đồ thị là tập hợp một số đỉnh của đồ thị mà 2 đỉnh bất kỳ trong chúng liên thông nhau

Một đồ thị đợc gọi là đồ thị liên thông nếu nó chỉ gồm 1 vùng liên thông duy nhất + Cầu của đồ thị là cạnh có tính chất : nếu xoá nó khỏi đồ thị thì số vùng liên thông của đồ thị tăng thêm 1 vùng

c ) Đờng đi và chu trình đặc biệt :

+ Đờng đi qua tất cả các đỉnh, mỗi đỉnh qua đúng 1 lần , gọi là đờng đi Hamintơn Chu trình đi qua tất cả các đỉnh, mỗi đỉnh qua đúng 1 lần , gọi là chu trình Hamintơn.

+ Đờng đi qua tất cả các cạnh, mỗi cạnh qua đúng 1 lần , gọi là đờng đi Ơ le Chu trình đi qua tất cả các cạnh, mỗi cạnh qua đúng 1 lần , gọi là chu trình Ơ le

IV / Một vài tính chất khác trong đồ thị vô h ớng:

1) Nếu đồ thị vô hớng , liên thông và không có chu trình thì khi xoá 1 cạnh sẽ mất tính liên thông

2) Ngợc lại : một đồ thị vô hớng , liên thông khi xoá 1 cạnh mà mất tính chất liên thông thì đồ thị đó không có chu trình

3) Điều kiện cần và đủ để đồ thị có chu trình Ơ le là bậc của mọi đỉnh đều chẵn4) Điều kiện cần và đủ để đồ thị có đờng đi Ơ le: số đỉnh bậc lẻ không lớn hơn 25) Hệ thức Ơle :

+ Tập đỉnh B thuộc đồ thị G(X,E) gọi là tập ổn định ngoài nếu với mọi đỉnh y của

đồ thị không thuộc B thì đều tìm thấy một đỉnh x thuộc B mà x và y có cạnh nối

+ Tập ổn định ngoài nhỏ nhất là tập ổn định ngoài có số phần tử ít nhất

+ Số phần tử của tập ổn định ngoài nhỏ nhất đợc gọi là số ổn định ngoài Ký hiệu

là β(G)

3 ) Một số tính chất :

+ Mọi tập con của tập ổn định trong cũng là tập ổn định trong

+ Mọi tập đỉnh của đồ thị chứa tập ổn định ngoài cũng là tập ổn định ngoài

ĐL2 : Một chu trình có độ dài chẵn luôn có sắc số = 2

ĐL3 : Một chu trình có độ dài lẻ luôn có sắc số = 3

ĐL4 : Đồ thị hình hoa thị gồm 1 chu trình và 1 đỉnh A nối với các đỉnh của chu trình ( hình vẽ ) có sắc số = 3 nếu chu trình chẵn , có sắc số = 4 nếu chu trình lẻ

+ Quá trình nh thế cho đến khi các đỉnh đều đã đợc đánh dấu

Bài tập

1 ) Cho ma trận kề A(N,N) của đồ thị N đỉnh Tìm số vùng liên thông của đồ thị

Yêu cầu : File input : ‘SVLT.txt’

+ Dòng đầu : N+ N dòng tiếp theo : Ma trận A(N,N)Dữ liệu ra trên File ‘SVLT.out’

+ Dòng đầu : số S là số vùng liên thông+ S dòng tiếp theo : Mỗi dòng ghi các đỉnh thuộc cùng 1 vùng liên thông

2 ) Cho hình chữ nhật H(M,N) m dòng , n cột gồm MxN ô vuông , mỗi ô vuông chứa số 0 hoặc 1 Tìm và tính diện tích các vùng liên thông chứa toàn số 0 trong 2 trờng hợp :

+ Các ô số 0 nếu chung cạnh thì có đờng đi tới nhau

+ Các ô số 0 nếu có điểm chung thì có đờng đi tới nhau

Yêu cầu :

File input ‘HCN.txt’

Dòng đầu : 2 số M,N

M dòng tiếp theo : ma trận thể hiện hình chữ nhật H(M,N)

File output ‘HCN.out’

Mỗi trờng hợp thể hiện một ma trận hình chữ nhật D(M,N) sao cho các ô của D cùng thuộc 1 vùng liên thông thì có cùng 1 mã số vùng Những ô số 1 trong H thay bằng

ô tơng ứng trong D là kí tự ‘*’

Dòng cuối cùng là diện tích của các vùng

3 ) Đề thi Quốc tế 1994 (tại Thuỵ Điển ) : Bài 2 ( 5-7-1994 )

Hình 2 biểu diễn bản đồ lâu đài Hãy viết chơng trình tính :

1 - Lâu đài có bao nhiêu phòng ?

2 - Phòng lớn nhất là bao nhiêu ?

3 - Bức tờng nào cần loại bỏ để phòng càng rộng càng tốt ?

Lâu đài chia thành MxN (M ≤ 50, N ≤ 50 ) modul vuông Mỗi môdul vuông có thể có từ 0

đến 4 bức tờng

INPUT DATA

Bản đồ đợc lu trữ tong file Input.txt ở dạng các số cho các môdul

File bắt đầu từ số lợng các môdul theo hớng Bắc-Nam và số lợng các modul theo ớng Đông Tây

h-Trong các dòng tiếp theo ,mỗi modul đợc mô tả bởi 1 số (0 ≤p≤15).Số đó là tổng của : 1 (= tờng phía Tây ), 2 (=tờng phía Bắc ) ,4 (=tờng phía Đông ) , 8 ( = tờng phía Nam)

Mũi tên chỉ bức tờng cần loại bỏ theo kết quả ở ví dụ

Các bức tờng ở bên trong đợc xác định hai lần ; bức tờng phía Nam trong modul (1,1)

đồng thời là bức tơừng phía Bắc trong modul (2,1)

* Lâu đài luôn có ít nhất 2 phòng

INPUT.TXT của ví dụ :

4

7

→

Trong file ra OUTPUT.TXT viết trên 3 dòng : dòng thứ nhất viết số lợng phòng ,dòng tiếp

đến là diện tích của phòng lớn nhất (tính theo số modul ) và bức tờng cần loại bỏ (trớc tiên

là hàng sau đó là cột của modul có tờng đó ) và dòng cuối cùng là hớng của bức tờng Trong ví dụ “4 1 E “ là một trong số các khả năng có thể ,bạn chỉ cần chỉ ra một )

dự án đợc cho trong 1 File dạng Text là PHUSONG.TXT trong đó dòng đầu tiên ghi số

N ,trong k dòng tiếp theo , mỗi dòng ghi 2 số nguyên dơng (xi , yi ) là toạ độ trên lới của một trạm tiếp sóng của dự án ( hai số cách nhau bởi dấu cách ).Dữ liệu ra ghi trong File PHUSONG.OUT :

a) N dòng đầu là ma trận A(N,N) (các trạm tiếp sóng ghi số 1,ô khác ghi số 0 )b) Dòng tiếp theo là số 0 hoặc số 1 : Số 1 là dự án phủ sóng toàn lãnh thổ,số 0 là

dự án không phủ đợc toàn lãnh thổ

Trong trờng hợp dự án không phủ toàn lãnh thổ , dòng tiếp theo là số S : số các ô cha đợc phủ sóng , sau đó S dòng tiếp theo lần lợt mỗi dòng ghi toạ độ của một ô cha đợc phủ sóng

c) Trong trờng hợp phủ sóng toàn lãnh thổ,hãy tìm cách loại bớt 1 số trạm tiếp sóng mà vẫn phủ sóng toàn lãnh thổ ,nếu không loại bỏ đợc thì ghi số 0 ,nếu loại bỏ đợc thì ghi số trạm loại bỏ nhiều nhất ,sau đó nêu rõ toạ độ các trạm bị loại bỏ (mỗi trạm 1 dòng )

Trong File PHUSONG.OUT , để ngăn cách kết quả từng câu , trớc kết quả câu a) là dòng chữ “ CAU A” ; trớc kết quả câu b) là dòng chữ “ CAU B” ; trớc kết quả câu c) là dòng chữ “ CAU C”

5 ) Bài kiểm tra :

Cho đồ thị G vô hớng gồm N đỉnh , biểu diễn bởi ma trận A : A[i,j]=A[j,i]=0 hoặc 1( 0 là không có đờng nối i với j , 1 là ngợc lại ).Đồ thị gọi là liên thông đơn nếu với mọi i,j bất kỳ có đúng 1 đ ờng đi nối i với j

a) Kiểm tra A có liên thông đơn không Nếu không thì loại bớt một số cạnh để liên thông đơn

b) Giả sử G liên thông đơn, hãy tìm các cạnh độc đạo (là cạnh mà mọi đờng đi dài nhất đều qua nó )

6 ) Cho đồ thị G(X,E) Lập chơng trình tìm số ổn định trong , số ổn định ngoài , tìm tập nhân ít phần tử nhất

7 ) Cho N điểm , hãy dùng số màu ít nhất tô màu các điểm sao cho 2 điểm kề nhau thì khác màu nhau

8 ) Đề thi Tin học Toàn quốc 3-1998 : Dàn đèn màu

Cho một lới toạ độ nguyên , hoành độ từ 0 đến M , tung độ từ 0 đến N (M,N ≤200) Trên

k nút cho trớc , mỗi nút cần đặt một đèn màu sao cho 2 đèn ở 2 nút có cùng hoành độ hoặc

có cùng tung độ phải có màu khác nhau Hãy tìm cách bố trí dàn đèn sao cho số màu phải dùng là ít nhất Các màu đã sử dụng phải đợc đánh số bởi các số nguyên dơng liên tục bắt

Kết quả : Ghi vào File BL1.OUT

* Dòng đầu ghi số lợng màu cần sử dụng p

* Dòng thứ i trong số k dòng tiếp theo ghi màu của đèn ở nút thứ i ( i= 1,2, ,k )

PhÇn bµi ch÷aBµi 1 ( T×m sè vïng liªn th«ng )

For j:=1 to N do Read(F,A[i,j]); Readln(F);

aDc : Array[1 4] of -1 1 = ( 0 ,1 ,0 ,-1); {so gia cot}

aDd : Array[1 4] of -1 1 = (-1, 0 ,1 , 0); {so gia dong }

bDc : Array[1 8] of -1 1 = ( 0, 1, 1, 1, 0,-1,-1,-1); {so gia cot}

bDd : Array[1 8] of -1 1 = (-1,-1, 0, 1, 1, 1, 0,-1); {so gia dong }

Function Tim(Var i,j : Byte): Boolean;

Var x,y : Byte;

Procedure Loang1(i,j : Byte);

Var k,dong,cot,u,v : byte;

If (u>0) and (u<=M) and (v>0) and (v<=N) then

If (A[u,v]=0) and (D[u,v]=0) then

Procedure Loang2(i,j : Byte);

Var k,dong,cot,u,v : byte;

If (u>0) and (u<=M) and (v>0) and (v<=N) then

If (A[u,v]=0) and (D[u,v]=0) then

Procedure Timsvlt(cau : Byte);

Writeln(F,'Dien tich tung vung : ');

For i:=1 to sv do Write(F,DT[i]:4);

Writeln('Go ESC thoat ! ');

Writeln('Chon cau A hay B (A/B) ');

If (A[x,y] and 1 = 0) and (D[x,y-1]=0) then Nap(x,y-1);

If (A[x,y] and 2 = 0) and (D[x-1,y]=0) then Nap(x-1,y);

If (A[x,y] and 4 = 0) and (D[x,y+1]=0) then Nap(x,y+1);

If (A[x,y] and 8 = 0) and (D[x+1,y]=0) then Nap(x+1,y); End;

End;

Function Tim(Var x,y : Byte) : Boolean;

Var i,j : Byte;

Procedure PhaPhong(Var x,y : Byte; Var ch : Char);

Var i,j : Byte;

y := j;

ch := 'E';

phu := DT[D[i,j]]+DT[D[i,j+1]]; End;

Kddau = Array[1 Mn,1 Mn] of Byte;

Kketqua = Array[0 Mn*Mn] of Byte;

Var A,B : Ka;

Close(F);

End;

Procedure Hien(X : KA);

Var i,j : Byte;

Writeln(F2,0); {Nhung o chua duoc phu song }

For i:=1 to k do Writeln(F2,CP[i].x:3,CP[i].y:3);

Function Boduoc(i : Byte) : Boolean;

Var k,u,v : Byte;

Procedure Try(k : Byte);{ So tram loai bo la k }

Var A : Mang1;

N,k : Byte;

F,F2 : Text;

G : Array[1 Max,1 Max] of Integer; Dem,Tong : LongInt;

Function KT_Ngoai (A : Mang1;h : Byte): Boolean;

Var x,y : Byte;

Function Khongthuoc : Boolean;

Var j : Byte;

Begin

For j:= 1 to h do

Function KT_Trong (A : Mang1;h : Byte): Boolean;

Var x,y : Byte;

Function KT_Ngoai (A : Mang1;h : Byte): Boolean;

Var x,y : Byte;

Function Khongthuoc : Boolean;

{Tong := Tong +Dem;}

Break;{ CHI TIM TAP NHAN IT PHAN TU NHAT }

Writeln(F2, ' Diem ',i:2,' to mau : ',Mau^[i]);

Writeln('Da ghi duoc 1 nghiem vao file ',Fo

,#13#10' Bay gio tim nghiem tot hon ');

Close(F2);

End;

Begin

For i:=1 to k do Dato[i] := False;

For i:=1 to k do Chuato[i] := True;

For i:=1 to k do Mau^[i] := 0;

Procedure Tomau(x : Integer); { To mau cho dinh x }

Var m,luu,Luumaux : Integer;

Mang = array[1 maxsize] of rec;

Mang2 = array[1 maxsize] of integer;

Mang3 = array[1 max,1 max] of byte;

Mang4 = array[1 max] of integer;

Procedure Hienm(Var A:mang3);

for i:=1 to m do th[i]:=0;

for i:=1 to n do tc[i]:=0;

Var i,min : Longint;