漢密爾頓路徑

圍繞六個頂點網絡的哈密頓週期
方形網格圖8x8上的漢密爾頓週期的示例

圖理論數學字段中,哈密頓路徑(或可追溯路徑)是無向或有向圖的路徑,它準確地訪問了每個頂點一次。哈密​​頓週期(或哈密頓電路)是一個準確訪問每個頂點的週期。可以通過增加一個邊緣形成漢密爾頓週期的漢密爾頓路徑,該路徑可以從相鄰的頂點開始和結束,並從哈密頓循環中刪除任何邊緣會產生漢密爾頓路徑。確定圖形和周期是否存在(哈密頓路徑問題哈密頓週期問題)的計算問題是NP完整的

漢密爾頓的路徑和周期以威廉·羅恩·漢密爾頓(William Rowan Hamilton)的名字命名,後者發明了冰島遊戲,現在也被稱為漢密爾頓的難題,其中涉及在十二面體的邊緣圖中找到漢密爾頓週期。漢密爾頓使用Icosian微積分解決了這個問題,Icosian演算是一種基於統一根的代數結構,與四元組相似(也由漢密爾頓發明)。該解決方案不會推廣到任意圖。

儘管以漢密爾頓的名字命名,但托馬斯·柯克曼(Thomas Kirkman)也曾研究過波利法德拉(Polyhedra)的漢密爾頓週期,特別是,他特別舉例說明了一個沒有漢密爾頓週期的多面體。甚至更早的時候,漢密爾頓騎士圖棋盤圖的漢密爾頓週期和路徑,騎士的巡迴演出,在9世紀,魯德拉塔( Rudrata)印度的數學上進行了研究,大約在同一時間,Al- Adli Ar-Rumi伊斯蘭數學上進行了研究。在18世紀的歐洲,騎士之旅由亞伯拉罕·德·莫伊夫(Abraham de Moivre)萊昂哈德·歐拉(Leonhard Euler)出版。

定義

哈密​​頓路徑可追溯路徑是一條準確訪問圖表的每個頂點的路徑。包含哈密頓路徑的圖稱為可追溯圖。如果對於每個頂點,兩個頂點之間都有一個哈密頓路徑,則圖形是與哈密頓相關的

哈密​​頓循環哈密頓電路頂點遊覽圖週期是一個循環,可以準確訪問每個頂點一次。包含哈密頓週期的圖稱為哈密頓圖

可以針對有向圖定義類似的概念,其中路徑或週期的每個邊緣(弧)只能以一個方向追踪(即,頂點與箭頭連接,邊緣跟踪的“尾巴”)。

哈密​​頓分解是將圖形分解為哈密頓電路的邊緣分解。

漢密爾頓迷宮是一種邏輯難題,目標是在給定圖中找到獨特的漢密爾頓週期。

例子

用五個柏拉圖固體的頂點的漢密爾頓週期的拼字圖投影和schlegel圖 - 只有八面體具有歐拉的路徑或週期,通過用點綴的一個延伸路徑來擴展其路徑

特性

Herschel圖是沒有哈密頓週期的最小的多面體圖。顯示了可能的漢密爾頓路徑。

任何哈密頓循環都可以通過去除其一個邊緣來轉換為哈密頓路徑,但是只有在其終點相鄰時,哈密頓路徑才能擴展到哈密頓循環。

所有漢密爾頓圖都是雙色的,但是雙連接的圖不必是哈密頓量(例如,參見Petersen圖)。

Eulerian圖G (每個頂點具有甚至度的連接圖)必然會有Euler Tour,一個封閉的步行路經過G的每個邊緣。這次巡迴演出對應於線圖Lg中的哈密頓週期,因此每個Eulerian圖的線圖都是Hamiltonian。線形圖可能具有其他漢密爾頓週期,與Euler Tours不符,尤其是每個漢密爾頓圖G的線圖Lg本身都是漢密爾頓人,無論該圖G是否為Eulerian。

當且僅當比賽緊密相連時,比賽(具有兩個以上的頂點)是哈密頓人。

n個頂點上完整的無向圖中不同的漢密爾頓週期的數量是(n - 1)!/2,在n個頂點的完整有向圖中為(n - 1)!。這些計數假定與起點相同的循環不是單獨計數的。

邦迪 - chvátal定理

邦迪- chvátal定理在1972年提供了哈密頓圖的最佳頂點特徵,該定理概述了GA Dirac (1952)和Øyysteinore的早期結果。 Dirac和Ore的定理也可以源自Pósa的定理(1962)。與各種參數有關,例如圖形密度韌性禁止的子圖和其他參數之間的距離,對Hamiltonicity進行了廣泛的研究。 Dirac和Ore的定理基本上指出,如果它具有足夠的邊緣,則圖形為哈密頓量。

Bondy -Chvátal定理在圖形G閉合Cl( g上以N頂點進行操作,並通過反复添加新的邊緣UV連接一對非相鄰的頂點UVDEGv ) + nom直到找不到與此屬性的再在一起。

Bondy -Chvátal定理(1976) -當且僅當其關閉是哈密頓量時,圖是哈密頓量。

由於完整的圖是哈密頓量,所有閉合的圖都是哈密頓量,這是迪拉克和礦石的以下定理的以下定理的內容。

Dirac的定理(1952) -一個帶有n個頂點的簡單圖 )如果每個頂點都有學位,則為哈密頓量或更大。

礦石定理(1960) -一個帶有n個頂點的簡單圖 )如果對於每一對非貼身頂點,其學位的總和是n或更高的,則為哈密頓量。

以下定理可以被視為定向版本:

Ghouila – Houiri(1960) -如果每個頂點的完整程度大於或等於n ,則具有N頂點的緊密連接的簡單定向圖是Hamiltonian。

Meyniel(1973) -如果對獨特的貼邊頂點的全度之大於或等於

必須將頂點的數量加倍,因為每個無方向的邊緣對應於兩個定向的弧,因此在有向圖中的頂點的度數是無向圖中的程度的兩倍。

Rahman – Kaykobad (2005) -如果每個非貼上頂點對,則具有N頂點的簡單圖具有Hamiltonian路徑,其程度和最短路徑長度大於n

上述定理只能識別圖表中的哈密頓路徑的存在,而不是哈密頓循環。

這些結果中有許多具有平衡的兩分圖的類似物,其中將頂點度與兩部分一側的頂點的數量進行了比較,而不是整個圖中的頂點數量。

平面圖中的漢密爾頓週期存在

定理-一個四連接的平面三角剖分具有哈密頓週期。

定理-一個4連接的平面圖具有哈密頓週期。

哈密​​頓週期多項式

給定的加權挖掘漢密爾頓週期的代數表示(其弧線是從某個地面分配的權重)是其加權鄰接矩陣的漢密爾頓循環多項式,定義為Digraph's Hamiltonian Cycles的弧產物的總和。當且僅當Digraph為Hamiltonian時,此多項式並不是弧權重量中的函數。 Grigoriy Kogan顯示了計算IT的計算複雜性與計算永久性的關係之間的關係。

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