边(图论)

微积分与高等数学

biān (tú lùn)

在图论中,边是两个顶点之间的连接,表示它们之间的关系或联系。

Visualization

Definition

图中的边是连接两个顶点的一条线,表示这两个事物之间的关系;边可以携带额外信息,加权边可能表示距离或成本,而有向边(箭头)表示单向关系。严格地说,边 $\{u, v\}$(无向)或 $(u, v)$(有向)连接顶点 $u$ 和 $v$,加权图为每条边赋予一个数值权重 $w(e)$,简单图没有自环,也没有连接同一对顶点的多条边。在正式的边集表示法中,对于简单无向图,$E \subseteq \{\{u,v\}: u,v \in V, u \neq v\}$;边连通度 $\lambda(G)$ 是使 $G$ 断开连通所需移除的最少边数,由门格尔定理,它等于任意两个顶点之间边不相交路径的最大数目。

Example

在航班地图中,每条航线都是连接两个机场顶点的一条边;在朋友关系网络中,每段友谊都是一条边。迪杰斯特拉最短路径算法在权重非负的条件下,找到从源点到目标点总边权重最小的路径。边色数 $\chi'(G)$ 是使相邻的边不共享颜色所需的最少颜色数;维津定理指出 $\chi'(G)$ 要么等于 $\Delta(G)$,要么等于 $\Delta(G)+1$,其中 $\Delta$ 是最大度数。

Key Insight

边密度 $|E|/|V|^2$ 的取值范围从 $0$(空图)到 $1$(完全图);像互联网和社交网络这样的现实网络是稀疏的,但具有有趣的局部结构。维津定理把图划分为第一类($\chi' = \Delta$)和第二类($\chi' = \Delta+1$);判断一个图属于哪一类在一般情形下是 NP 困难的,把边染色与计算复杂性联系了起来。