Графы и их применения

Обязательный курс магистерской программы "Дискретные структуры и алгоритмы"

Курс читается в 1-м семестре магистратуры, 1 ч лекций, 1 ч семинаров

Лектор: Бухман Антон Владимирович

Программа курса Графы и их применения.

Занятие 1. 1. Введение. Обзор курса. - 20 минут 2. Семинар. Задачи на повторение курса по графам.

Занятие 2. 1. Семинар. Задачи на повторение -- продолжение. 2. Лекция. Алгоритмы на графах. Алгоритмическая модель. Сложность. Представление графов.

Занятие 3. 1. Обходы графов. 2. Поиск компонент вершинной двусвязности. 3. Разбор задач на двусвязность.

Занятие 4. 1. Поиск множества фундаментальных циклов 2. Поиск компонент сильной связности.

Занятие 5. 1. Матроиды и жадные алгоритмы. 2. Минимальные остовные деревья. Алгоритмы Краскала, Прима.

Занятие 6. 1. Переборные алгоритмы для построения всех остовных деревьев. 2. Коды Прюфера. Число остовных деревьев для полного графа

Занятие 7. 1. Числа Рамсея. Оценка чисел Рамсея. 2. Обобщение чисел Рамсея. Применение чисел Рамсея.

Занятие 8. 1. Паросочетания теорема Холла 2. Совершенные п.с., Теорема Пуанкаре для них, латинский квадрат.

Занятие 9. 1. Семинар по пройденным темам.

Занятие 10. 1. Алгоритм Куна для поиска максимальных паросочетаний 2. Вершинное покрытие двудольного графа. Взвешенные паросочетания. 3. Венгерский алгоритм.

Занятие 11. 1. Гамильтонов цикл. Достаточные признаки гамильтоновости графа. 2. Задача коммивояжёра. ЗКНТ. 2. Эйлеров цикл. Задача китайского почтальона.

Занятие 12. 1. Последовательности деБрёйна. 2. Теорема о числе последовательностей.

Занятие 13. 1. Некоторые NP полные задачи на графах. 2. Обзор пройденного материала.

Занятие 14. Семинар по пройденным темам.

Занятие 15. Итоговая контрольная работа по курсу

Вопросы к экзамену

1. Точка сочленения, компонента двусвязности. Необходимое и достаточное условия для точки сочленения. Алгоритм поиска точек сочленения и компонент двусвязности. В. Липский Комбинаторика для программистов. Раздел 2.6 Нахождение компонент двусвязности. С. 95-99

2. Множество фундаментальных циклов. Теорема о построении множества фундаментальных циклов. Алгоритм построения множества фундаментальных циклов. В. Липский. Комбинаторика для программистов. Раздел 2.5 Отысканиефундаментального множества циклов. С. 92-95

3. Компонента сильной связности. Линейный алгоритм построения компонент сильной связности. Кормен и др. Алгоритмы построение и анализ. Раздел 23.1.5 Сильно связные компоненты. С. 473 - 477

4. Матроиды определения, свойства. Примеры матроидов (универсальный, матричный, графовый, матроид трансверсалей) с обоснование. Кормен и др. Алгоритмы построение и анализ. Раздел 17.4 С. 341-343

5. Матроиды и жадные алгоритмы Кормен и др. Алгоритмы построение и анализ. Раздел 17.4 С. 343-345

6. Минимальные остовные деревья. Алгоритм Краскала и Прима. Кормен и др. Алгоритмы построение и анализ. Раздел 24 С. 482-490

7. Переборные алгоритмы для построения всех остовных деревьев. Кристофидес Теория графов - Алгоритмический подход. раздел 7.2 Построение всех остовных деревьев графа. С. 148-158

8. Числа Рамсея Карпов. Теория графов. С. 477-479

9. Оценки чисел Рамсея Карпов. Теория графов С. 479-481

10. Обобщение чисел Рамсея Карпов. Теория графов С. 482-484

11. Паросочетания, теорема Холла. А. Эвнин Вокруг теоремы Холла С.5-6

12. Совершенные п.с., Теорема Пуанкаре для них, латинский квадрат. А. Эвнин Вокруг теоремы Холла С. 7,18

13. Лемма Бержа. Алгоритм Куна для поиска максимальных паросочетаний Claude Berge. Two theorems in graph theory // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1957. — September 15 (т. 43, вып. 9). — С. 842–844. — doi:10.1073/pnas.43.9.842 Kuhn, H.W. (1955) The Hungarian Method for the assignment problem. Naval Research Logistics Quarterly, 2, 83-97. C 83-87

14. Венгерский алгоритм. Покрытие единиц матрицы строками и столбцами Kuhn, H.W. (1955) The Hungarian Method for the assignment problem. Naval Research Logistics Quarterly, 2, 83-97. C 887-91

15. Последовательность де Брёйна. Оценка числа последовательностей деБрёйна. de Bruijn N. G. A combinatorial problem // Koninklijke Nederlandse Akademie v. Wetenschappen. 1946. — v. 49. — pp. 758—764 16. Задача коммивояжёра и ЗКНТ. Гэри, Джонсон Вычислительные машины и труднорешаемые задачи С 189-190

17. Достаточные признаки гамильтоновости графа.

R.Diestel Graph Theory. Springer 2000, C 213-216

18. Эйлеровы графы и задача китайского почтальона. Кристофидес Теория графов - Алгоритмический подход. раздел 7.2 Построение всех остовных деревьев графа. С. 227-239

Список литературы:

В. Липский Комбинаторика для программистов. М.Мир, 1988

Кормен и др. Алгоритмы построение и анализ. Третье издание. Вильямс, 2013

Кристофидес Теория графов - Алгоритмический подход. М.Мир 1978

Д.В. Карпов Теория графов. https://logic.pdmi.ras.ru/~dvk/graphs_dk.pdf

А. Ю. Эвнин, Вокруг теоремы Холла, Матем. обр., 2005, выпуск 3(34), 2–23

Гери Джонсон Вычислительные машины и труднорешаемые задачи

Список задач:

1. Двусвязность

2. Множество фундаментальных циклов

3. КСС

4. Прюфер

5. Куна алгоритм

6. Венгерский алгоритм

7. Покрытие матрицы

8. Задача китайского почтальона

9. Задача коммивояжёра, МВГ

10. Задачи на теорему Холла

11. Гамильтоновость

12. Теория Рамсея

13. Задачи теории слодности на графах

14. Матроиды, жадные алгоритмы