В теорії графів паралельно-послідовні графи — це графи з двома різними вершинами, які називаються термінальними, утворені рекурсивно за допомогою двох простих операцій. Ці графи можна використати для моделювання послідовного і паралельного з'єднання ділянок електричних кіл.
Визначення та термінологія
В даному контексті поняття граф передбачає мультиграф.
Існує декілька способів визначення паралельно-послідовних графів. Таке визначення, переважно, базується на визначенні Девіда Еппштейна.
Графом з однією термінальною парою (ОТП) називається граф, у якого позначено дві різні вершини s і t, звані джерелом і стоком відповідно.
Паралельне з'єднання Pc = Pc(X, Y) двох ОТП графів X і Y, що не перетинаються — це граф з однією термінальною парою, створений об'єднанням графів X і Y за допомогою злиття джерел X і Y з утворенням джерела Pc і злиттям стоків X і Y з утворенням стоку графу Pc.
Послідовне з'єднання Sc = Sc(X, Y) двох ОТП графів X і Y, що не перетинаються — це ОТП-граф, створений об'єднанням графів X і Y шляхом злиття стоку X з джерелом Y. Джерело графу X стає джерелом Sc, а стік графу Y стає стоком Sc.
Паралельно-послідовний граф з однією термінальною парою (ППОТП граф) — це граф, який можна отримати послідовно і паралельно з'єднуючи множину копій однореберних графів K2 з призначеними термінальними вершинами.
Визначення 1. Граф називається послідовно-паралельним, якщо він ППОТП і дві його вершини позначено як джерело і стік.
Так само можна визначити послідовно-паралельні орграфи, які будуються з копій орієнтованих графів з однією дугою, і в цьому випадку дуга спрямована із джерела в стік.
Альтернативне визначення
Таке визначення дає той самий клас графів.
Визначення 2. Граф є послідовно-паралельним, якщо його можна перетворити на граф K2 послідовністю таких операцій:
- Замінюємо пару паралельних ребер одним ребром, зберігаючи спільні кінцеві вершини
- Замінюємо пару ребер, інцидентних ребру степеня 2 одним ребром.
Властивості
Будь-який паралельно-послідовний граф має деревну ширину і ширину галуження, які не перевищують 2. Насправді граф має деревну ширину не більше 2 тоді й лише тоді, коли він має ширину галуження максимум 2, а також тоді й лише тоді, коли будь-яка двозв'язна компонента є паралельно-послідовним графом. Максимальні паралельно-послідовні графи, графи, до яких можна додати додаткові ребра без руйнування послідовно-паралельної структури, — це точно 2-дерева.
Паралельно-послідовні графи характеризуються відсутністю підграфу, гомеоморфного графу K4.
Паралельно-послідовні графи можна схарактеризувати їхнім вушним розкладом.
Дослідження, з застосуванням паралельно-послідовних графів
Паралельно-послідовні графи можна розпізнати за лінійний час та їх паралельно-послідовні розклади можна побудувати також за лінійний час.
Крім моделювання деяких типів електричних кіл, ці графи становлять інтерес у теорії обчислювальної складності, оскільки багато стандартних задач на графах розв'язуються за лінійний час на ОТП-графах, зокрема пошук найбільшого парування, найбільшої незалежної множини, найменшої домінівної множини і гамільтонового доповнення. Деякі з цих задач для графів загального вигляду NP-повні. Причиною цього є факт, що якщо відповіді для цих задач відомі для двох паралельно-послідовних графів, то можна швидко знайти відповідь для їх послідовних і паралельних з'єднань.
Задача про послідовно-паралельні графи стосується питання перерахування графів і запитує про число паралельно-послідовних графів, які можна утворити із заданого числа ребер.
Узагальнення
Узагальнені паралельно-послідовні графи (УПП-графи) — це узагальнення паралельно-послідовних графів, за якого графи мають таку ж алгоритмічну ефективність для згаданих задач. Клас УПП-графів включає паралельно-послідовні графи і зовніпланарні графи .
УПП-графи можна визначити доданням у Визначення 2 третьої операції видалення висячих вершин (вершин степеня 1). Таким само до Визначення 1 можна додати таку операцію.
- Злиття джерел S = M (X, Y) двох ОТП-графів X і Y — це ОТП-граф, створений з графів X і Y, що не перетинаються, злиттям джерела X із джерелом Y. Джерело і стік графу X стає джерелом і стоком P відповідно.
— це структура, яку можна визначити для довільного 2-вершинно-зв'язного графу. Структура має S-вузли, аналогічні послідовному з'єднанню в паралельно-послідовних графах, P-вузли, аналогічні паралельному з'єднанню паралельно-послідовних графів і R-вузли, які не відповідають операціям паралельно-послідовних графів. 2-зв'язний граф є паралельно-послідовним тоді й лише тоді, коли в дереві SPQR немає R-вузлів.
Див. також
Примітки
- Свами, Тхуласираман, 1984, с. 150, Упражнение 7.10.
- Eppstein, 1992, с. 41–55.
- Duffin, 1965, с. 303–313.
- Brandstädt, Le, Spinrad, 1999, с. 172-174.
- Bodlaender, 1998, с. 1–45.
- Hall, Oxley, Semple, Whittle, 2002, с. 148–171.
- Valdes, Tarjan, Lawler, 1982, с. 289–313.
- Takamizawa, Nishizeki, Saito, 1982, с. 623–641.
- Корниенко, 1984, с. 109-111.
Література
- М. Свами, К. Тхуласираман. Графы, сети и алгоритмы. — М. : «Мир», 1984.
- Jacobo Valdes, Robert E. Tarjan, [en]. The recognition of series parallel digraphs // . — 1982. — Т. 11, вип. 2 (18 червня). — DOI: .
- Н.М. Корниенко. Комбинаторные алгоритмы на классе графов // Известия Национальной академии наук Беларуси СЕРИЯ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК. — 1984. — Вип. 3 (18 червня). — С. 109-111.
- David Eppstein. Parallel recognition of series-parallel graphs // . — 1992. — Т. 98, вип. 1 (18 червня). — С. 41–55. — DOI: .
- R. J. Duffin. Topology of Series-Parallel Networks // Journal of Mathematical Analysis and Applications. — 1965. — Т. 10, вип. 2 (18 червня). — С. 303–313. — DOI: .
- Andreas Brandstädt, Van Bang Le, Jeremy P. Spinrad. Graph classes: a survey. — Philadelphia, PA : Society for Industrial and Applied Mathematics, 1999. — Т. 3. — С. 172-174. — (SIAM Monographs on Discrete Mathematics. and Applications) — .
- H. Bodlaender. A partial k-arboretum of graphs with bounded treewidth // . — 1998. — Т. 209, вип. 1–2 (18 червня). — С. 1–45. — DOI: .
- Rhiannon Hall, James Oxley, Charles Semple, Geoff Whittle. On matroids of branch-width three // Journal of Combinatorial Theory, Series B. — 2002. — Т. 86, вип. 1 (18 червня). — С. 148–171. — DOI: .
- K. Takamizawa, T. Nishizeki, N. Saito. Linear-time computability of combinatorial problems on series-parallel graphs // . — 1982. — Т. 29, вип. 3 (18 червня). — С. 623–641. — DOI: .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
V teoriyi grafiv paralelno poslidovni grafi ce grafi z dvoma riznimi vershinami yaki nazivayutsya terminalnimi utvoreni rekursivno za dopomogoyu dvoh prostih operacij Ci grafi mozhna vikoristati dlya modelyuvannya poslidovnogo i paralelnogo z yednannya dilyanok elektrichnih kil Operaciyi poslidovnogo i paralelnogo z yednannya v poslidovno paralelnih grafah Viznachennya ta terminologiyaV danomu konteksti ponyattya graf peredbachaye multigraf Isnuye dekilka sposobiv viznachennya paralelno poslidovnih grafiv Take viznachennya perevazhno bazuyetsya na viznachenni Devida Eppshtejna Grafom z odniyeyu terminalnoyu paroyu OTP nazivayetsya graf u yakogo poznacheno dvi rizni vershini s i t zvani dzherelom i stokom vidpovidno Paralelne z yednannya Pc Pc X Y dvoh OTP grafiv X i Y sho ne peretinayutsya ce graf z odniyeyu terminalnoyu paroyu stvorenij ob yednannyam grafiv X i Y za dopomogoyu zlittya dzherel X i Y z utvorennyam dzherela Pc i zlittyam stokiv X i Y z utvorennyam stoku grafu Pc Poslidovne z yednannya Sc Sc X Y dvoh OTP grafiv X i Y sho ne peretinayutsya ce OTP graf stvorenij ob yednannyam grafiv X i Y shlyahom zlittya stoku X z dzherelom Y Dzherelo grafu X staye dzherelom Sc a stik grafu Y staye stokom Sc Paralelno poslidovnij graf z odniyeyu terminalnoyu paroyu PPOTP graf ce graf yakij mozhna otrimati poslidovno i paralelno z yednuyuchi mnozhinu kopij odnorebernih grafiv K2 z priznachenimi terminalnimi vershinami Viznachennya 1 Graf nazivayetsya poslidovno paralelnim yaksho vin PPOTP i dvi jogo vershini poznacheno yak dzherelo i stik Tak samo mozhna viznachiti poslidovno paralelni orgrafi yaki buduyutsya z kopij oriyentovanih grafiv z odniyeyu dugoyu i v comu vipadku duga spryamovana iz dzherela v stik Alternativne viznachennya Take viznachennya daye toj samij klas grafiv Viznachennya 2 Graf ye poslidovno paralelnim yaksho jogo mozhna peretvoriti na graf K2 poslidovnistyu takih operacij Zaminyuyemo paru paralelnih reber odnim rebrom zberigayuchi spilni kincevi vershini Zaminyuyemo paru reber incidentnih rebru stepenya 2 odnim rebrom VlastivostiBud yakij paralelno poslidovnij graf maye derevnu shirinu i shirinu galuzhennya yaki ne perevishuyut 2 Naspravdi graf maye derevnu shirinu ne bilshe 2 todi j lishe todi koli vin maye shirinu galuzhennya maksimum 2 a takozh todi j lishe todi koli bud yaka dvozv yazna komponenta ye paralelno poslidovnim grafom Maksimalni paralelno poslidovni grafi grafi do yakih mozhna dodati dodatkovi rebra bez rujnuvannya poslidovno paralelnoyi strukturi ce tochno 2 dereva Paralelno poslidovni grafi harakterizuyutsya vidsutnistyu pidgrafu gomeomorfnogo grafu K4 Paralelno poslidovni grafi mozhna sharakterizuvati yihnim vushnim rozkladom Doslidzhennya z zastosuvannyam paralelno poslidovnih grafivParalelno poslidovni grafi mozhna rozpiznati za linijnij chas ta yih paralelno poslidovni rozkladi mozhna pobuduvati takozh za linijnij chas Krim modelyuvannya deyakih tipiv elektrichnih kil ci grafi stanovlyat interes u teoriyi obchislyuvalnoyi skladnosti oskilki bagato standartnih zadach na grafah rozv yazuyutsya za linijnij chas na OTP grafah zokrema poshuk najbilshogo paruvannya najbilshoyi nezalezhnoyi mnozhini najmenshoyi dominivnoyi mnozhini i gamiltonovogo dopovnennya Deyaki z cih zadach dlya grafiv zagalnogo viglyadu NP povni Prichinoyu cogo ye fakt sho yaksho vidpovidi dlya cih zadach vidomi dlya dvoh paralelno poslidovnih grafiv to mozhna shvidko znajti vidpovid dlya yih poslidovnih i paralelnih z yednan Zadacha pro poslidovno paralelni grafi stosuyetsya pitannya pererahuvannya grafiv i zapituye pro chislo paralelno poslidovnih grafiv yaki mozhna utvoriti iz zadanogo chisla reber UzagalnennyaUzagalneni paralelno poslidovni grafi UPP grafi ce uzagalnennya paralelno poslidovnih grafiv za yakogo grafi mayut taku zh algoritmichnu efektivnist dlya zgadanih zadach Klas UPP grafiv vklyuchaye paralelno poslidovni grafi i zovniplanarni grafi UPP grafi mozhna viznachiti dodannyam u Viznachennya 2 tretoyi operaciyi vidalennya visyachih vershin vershin stepenya 1 Takim samo do Viznachennya 1 mozhna dodati taku operaciyu Zlittya dzherel S M X Y dvoh OTP grafiv X i Y ce OTP graf stvorenij z grafiv X i Y sho ne peretinayutsya zlittyam dzherela X iz dzherelom Y Dzherelo i stik grafu X staye dzherelom i stokom P vidpovidno ce struktura yaku mozhna viznachiti dlya dovilnogo 2 vershinno zv yaznogo grafu Struktura maye S vuzli analogichni poslidovnomu z yednannyu v paralelno poslidovnih grafah P vuzli analogichni paralelnomu z yednannyu paralelno poslidovnih grafiv i R vuzli yaki ne vidpovidayut operaciyam paralelno poslidovnih grafiv 2 zv yaznij graf ye paralelno poslidovnim todi j lishe todi koli v derevi SPQR nemaye R vuzliv Div takozhPorogovij graf Kograf Bagatogrannik Gannera Poslidovno paralelnij chastkovij poryadokPrimitkiSvami Thulasiraman 1984 s 150 Uprazhnenie 7 10 Eppstein 1992 s 41 55 Duffin 1965 s 303 313 Brandstadt Le Spinrad 1999 s 172 174 Bodlaender 1998 s 1 45 Hall Oxley Semple Whittle 2002 s 148 171 Valdes Tarjan Lawler 1982 s 289 313 Takamizawa Nishizeki Saito 1982 s 623 641 Kornienko 1984 s 109 111 LiteraturaM Svami K Thulasiraman Grafy seti i algoritmy M Mir 1984 Jacobo Valdes Robert E Tarjan en The recognition of series parallel digraphs 1982 T 11 vip 2 18 chervnya DOI 10 1137 0211023 N M Kornienko Kombinatornye algoritmy na klasse grafov Izvestiya Nacionalnoj akademii nauk Belarusi SERIYa FIZIKO TEHNIChESKIH NAUK 1984 Vip 3 18 chervnya S 109 111 David Eppstein Parallel recognition of series parallel graphs 1992 T 98 vip 1 18 chervnya S 41 55 DOI 10 1016 0890 5401 92 90041 D R J Duffin Topology of Series Parallel Networks Journal of Mathematical Analysis and Applications 1965 T 10 vip 2 18 chervnya S 303 313 DOI 10 1016 0022 247X 65 90125 3 Andreas Brandstadt Van Bang Le Jeremy P Spinrad Graph classes a survey Philadelphia PA Society for Industrial and Applied Mathematics 1999 T 3 S 172 174 SIAM Monographs on Discrete Mathematics and Applications ISBN 978 0 898714 32 6 H Bodlaender A partial k arboretum of graphs with bounded treewidth 1998 T 209 vip 1 2 18 chervnya S 1 45 DOI 10 1016 S0304 3975 97 00228 4 Rhiannon Hall James Oxley Charles Semple Geoff Whittle On matroids of branch width three Journal of Combinatorial Theory Series B 2002 T 86 vip 1 18 chervnya S 148 171 DOI 10 1006 jctb 2002 2120 K Takamizawa T Nishizeki N Saito Linear time computability of combinatorial problems on series parallel graphs 1982 T 29 vip 3 18 chervnya S 623 641 DOI 10 1145 322326 322328