怎麼理解圖的同構 怎麼判斷兩個圖是否同構?

時間 2021-06-03 18:19:27

1樓:少文

跟邊數,階數,度序列都沒啥關係。

如果圖 與圖 同構,那麼存在乙個從集合到集合的雙射 滿足下述條件:

1,如果,那麼 ;

2,如果 ,那麼 .

(其實條件1,2可以合併成乙個條件,即 )

同構想講的是乙個什麼事呢?通俗的說,就是在兩個沒啥直接關係的圖中去找到他們結構上的相同點。這個結構指的是什麼呢?

就是關係(Relation),到了圖中,兩個點之間有關係,說得就是它們之間有一條邊相連(假設是簡單圖)。

那麼,就很好理解什麼叫做圖同構了,圖 的全部頂點被對映到圖 後,這些頂點可能標號變了,但是如果在「舊」的圖中有的關係,在「新」圖中依然保留,只不過是「位置」變了。你可以想象這樣乙個場景:我們把人與人之間的關係畫成一張圖,如果兩個人是朋友,就在地圖上給這兩個人的家之間連一條線,你可能會改名字,可能搬家去任何乙個地方,但是都不影響你與朋友之間的交情,你們之間依然會有一條線連線。

你搬家之後畫的圖與舊圖就是同構的。

另乙個對於理解同構可能有幫助的是對雙射的理解。

雙射有限集合到自身的雙射,又被稱作Permutation,一般被翻譯成置換,排列。而圖論一般考慮的頂點物件都是有限集合中的元素,所以可以思考一下為什麼同構中的對應關係會用Permutation這個詞來描述,同構對映又為什麼可以看作是到自身的對映。有的文獻裡直接把這樣的過程叫成圖頂點的重新標號(Relabel)。

事實上,對於乙個圖,其上任何乙個給定的置換(雙射),都一定能構造出乙個圖與當前圖同構。構造方法如下:

對於圖是 上任意的乙個置換,構造集合

令 則 與 同構.

簡單總結一下理解圖同構的兩個「側面」:

1,乙個圖我們可以把它想象成一些小球被繩子綁在了一起,小球就是頂點,繩子就是邊。現在隨意移動小球,小球可以去任何地方,繩子也會隨著小球到處移動。在移動過程中每乙個時刻所形成的圖都是同構的。

2,假設圖中每乙個頂點都有乙個名字,比如:1, 2, 3, ... ,n。

現在擦去這些頂點上的名字。擦完後隨機給這些頂點寫上新的名字,可以是任何的名字,相當於給它們換了乙個「身份」。前後的兩個圖是同構的。

下面回答第二個問題,怎麼判定兩個圖同構?

要證明兩個圖同構(或不同構),就必須找到它們之間的乙個同構雙射(或證明這樣的雙射不存在)。任意圖的同構判定是乙個十分困難的問題(不過也沒有被證明為NPC,當然也沒有被證明為是P類或者BPP類),有效演算法並沒有被找到(不考慮一些平凡的情況,比如:恒等變換的結果一定同構;兩個圖頂點個數不相等,肯定不會是同構的)。

在圖同構問題上,有乙個公開的猜想:

Ulam猜想(Ulam,1929)設圖 有 個頂點 圖 有 個頂點 如果對每個 均滿足

與 同構

則有 與 同構。

2樓:非平凡的理想

沒專門學過圖論,所以回答比較簡單一些。

好了,於是乎你可以這麼理解,同構是指保證物件所具有的數學結構不變的態射。但是!如果乙個物件有多個結構,比如實數空間,那麼這上面說的(自)同構還得保證結構之間的相容性,即這裡的同構得要求的更強一點。

說了這麼多,我們回到圖論。圖的同構現在看起來就比較容易理解了,就是保證它的結構不變。有點像換湯不換藥,即每個點出入度不變,圖的整個拓撲結構不變(連通性),頂點個數不變,但是可能樣子已經完全變了。

最典型的例子,正五邊形和五角星其實是同構的(想想為什麼)。

稍微多說一點,判斷任意兩個圖是不是同構目前依然是乙個大問題。

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