超级无敌精华汇总

重要结论

补图和自补图的关系

定理 1:n 阶图 G 是自补的(即 GG),则 n0,1(mod4)

握手定理及其推论

定理 2 (握手定理):对任意的有 m 条边的图 G=(V,E),有 vVd(v)=2m

推论 1:任意图中,奇点的个数为偶数

推论 2:正则图的阶数和度数不 同时 为奇数(有歧义,注意断句!!!即阶数和度数不能均为奇数)

度序列、图序列、频序列相关结论

「度序列」和「图序列」的关系:简单图的度序列简称图序列

定理 3:非负整数组 (d1,d2,,dn) 是图的度序列的充分必要条件是:di 为偶数

定理 4 (Havel-Hakimi 定理):设有非负整数组 Π=(d1,d2,,dn) 满足 n1d1d2dndi=2m,则 Π 是可图序列的充分必要条件是:Π1=(d21,d31,,dd1+11,dd1+2,,dn) 是可图的

定理 5:一个简单图 Gn 个点的度不能互不相同

定理 6:一个 n 阶图 G 和它的补图有相同的频序列

image-20220226164025008 如果非负整数序列 (d1,d2,,dn) 是简单图的度序列,那么在同构意义下「不」只能确定一个图

子图和生成子图的关系

image-20220226164025008 G「生成子图」是指满足 V(H)=V(G) 的子图 HH 中的顶点集合和 G 中的顶点集合相同

image-20220226164025008 具有 m 条边的简单标号图的生成子图的个数显然为 2m

途径 & 迹 & 路 & 圈

image-20220226164025008 若图中两个不同点 uv 间存在途径,则 uv 间必存在路 「途径 路」

image-20220226164025008 若过点 u 存在闭迹,则过点 u 必存在圈 「闭迹 圈」

image-20220226164025008 若过点 u 存在闭途径,则过点 u 不一定存在圈 「闭途径 圈」

图的连通性相关结论

定理 7:若图 G 是不连通的,则其补图是连通图

定理 8:设图 Gn 阶简单图,若 G 中任意两个不相邻顶点 uv 满足 d(u)+d(v)n1,则 G 是连通图且 d(G)2

image-20220226163831741 注意:δ2,则 G 中必然含有圈

邻接矩阵相关结论

定理 10:G 是一个有推广邻接矩阵 Ap 阶标定图,则 Anij 列元素 aij(n) 等于由 vivj 的长度为 n 的途径的数目

推论:A简单图 G 的邻接矩阵,则:

image-20220226164025008 简单标定图的领结矩阵的各行 (列) 元素之和是该行 (列) 对应的点的度

image-20220226164025008 矩阵 A 的所有元素之和等于该图边数的 2

image-20220226164025008 矩阵 A 的所有特征值之和等于 0

image-20220226164025008 矩阵 A 的所有特征值的平方和等于该图边数的 2

image-20220226164025008 矩阵 A2 的主对角线的元素之和等于该图边数的 2

l 部图

image-20220226164025008 完全 l 部图 Kn1,n2,,nl 的点数:i=1lni;边数:1i<j<≤lninj

定理 14:连通偶图的 2 部划分是唯一的

定理 15:n 阶完全偶图 Kn1,n2 的边数 m=n1n2,且 mn2/4

Turán 定理

定理 18 (Turán):Gn 阶简单图,并且不包含 Kl+1,则边数 m(G)m(Tl,n)。此外,仅当 GTl,n 时,m(G)=m(Tl,n)

✨ 计算公式: Kl+1G,则 m(Tl,n)=Cl2(n/l)2

image-20220226164025008 例: n 阶简单图 GK3G,则 G 最多有 n2/4 条边 m(G)m(T2,n)=C22(n/2)2=(n/2)2

image-20220226164025008 例: 9 阶简单图 GK4G,则 G 最多有 27 条边 m(G)m(T3,9)=C32(9/3)2=3×(9/3)2=27

树的相关结论

image-20220226164025008 「树」是连通的无圈图(连通 + 无圈 两者缺一不可);「森林」是在树的基础上无连通的约束

image-20220226164025008 「树」与「森林」都是偶图

定理 20:每棵非平凡树至少有两片树叶

定理 21:G 是具有 n 个点 m 条边的图,则下列命题等价:

定理 27:τ(Kn)=nn2

image-20220226164025008 非同构的 4 阶和 5 阶树的个数分别为 23

image-20220226164025008 树的边数 = 顶点数 - 1

image-20220226164025008 森林的边数 = 顶点数 - 连通分支数

image-20220226164025008 一棵树有 ni 个度为 i 的结点,i=2,3,,k,则它有 i=2kni(i2)+2 个度数为 1 的顶点

image-20220226164025008 树的中心 & 形心 概念掌握即可

image-20220226164025008 最小生成树的三种算法「Kruskal 算法」「破圈法」「Prim 算法」

欧拉图相关结论

定理 42:假定 G 是一个连通图,则下列命题等价:

推论:连通图 GEuler 迹当且仅当 G 最多有两个奇点(image-20220226164025008 仅是有 Euler 迹,而非 Euler 图)

image-20220226164025008 n 满足什么条件时,完全图 Kn 是欧拉图?   n 为奇数

image-20220226164025008 n 满足什么条件时,完全图 n 方体 Qn 是欧拉图?   n 为偶数

image-20220226164025008 若完全二部图 Ka,b 为欧拉图,ab 需满足什么条件?   a,b 均为偶数

image-20220226164025008 假设图 G 恰好有两个连通分支,并且每个连通分支都是欧拉图,若要将 G 变为欧拉图,最少需要添加几条边? 最少需要添加 2 条边

image-20220226164025008 欧拉图是否存在割边? 不存在

哈密尔顿图相关结论

image-20220226164025008 n3 时,完全图 Kn 是否为哈密尔顿图?   

image-20220226164025008 n2 时,n 方体 Qn 是否为哈密尔顿图?   

image-20220226164025008 若完全二部图 Ka,b 为哈密尔顿图,ab 需满足什么条件?   a=b2

image-20220226164025008 是否存在一个具有奇数个顶点的连通图,它既是二部图,也是哈密尔顿图?   不存在,否则二部图中出现了奇圈

定理 44:GH 图,则对于 V 的每个非空真子集 S,均有 ω(GS)|S|

image-20220226164025008 若连通图 G 不是 2-连通的,则 G 不是哈密尔顿图

image-20220226164025008 哈密尔顿简单图中一定不存在割点

定理 45 (Dirac 1952):对于 n3 的简单图 G,如果 G 中有:δ(G)n2,那么 GH

定理 46 (Ore 1962):对于 n3 的简单图 G,如果 G 中的任意两个不相邻顶点 uv,有:d(u)+d(v)n,那么 GH

引理:Gn 阶简单图,uvG 中不相邻的顶点,且满足 d(u)+d(v)n,则 GH 图的充要条件是 G+uvH

定理 49 (Bondy):一个简单图 GH 图当且仅当它的闭包是 H

推论:Gn3 的简单图,若 G 的闭包是完全图,则 GH

推论:Gn3 的简单图

定理 50 (度序列判定法):设简单图 G 的度序列是 (d1,d2,,dn),这里,d1d2dn 并且 n3。若对任意的 k<n/2,或有 dk>k,或有 dnk>nk,则 GH

定理 51 (Chvátal 1972):Gn3 的非 H 简单图,则 G 度弱于某个 Cm,n

推论:Gn 阶简单图。若 n3

|E(G)|>(n12)+1

GH 图;并且,具有 n 个顶点,(n12)+1 条边的非 H 图只有 C1,n 以及 C2,5

闭包相关结论

image-20220226164025008 注:一个图的闭包不一定是完全图。比如下图中 (a)、(b) 两个均不是完全图,但它们却是自己的闭包

image-20220326172656461

定理 48:任意图 G 的闭包是唯一的

匹配与因子分解

定理 59 (Berge 1957):G 的匹配 M 是最大匹配当且仅当 G 中不含 M 可扩路

定理 60 (Hall 1935):G 为具有二分类 (X,Y) 的偶图,则 G 包含饱和 X 的每个顶点的匹配当且仅当 |N(S)||S| 对所有 SX 成立

推论:Gk 正则偶图 (k>0),则 G 有完美匹配

image-20220226164025008 每个 n 方体都有完美匹配 (n1)

image-20220226164025008 K2nKn,n 中不同的完美匹配的个数分别为 (2n1)!! 和 n!

image-20220226164025008 非平凡树至多存在一个完美匹配

定理 61:M 是匹配,K 的覆盖,若 |M|=|K|,则 M 是最大匹配,且 K 是最小覆盖

定理 62 (König 1931):在偶图中,最大匹配中的边数等于最小覆盖中的点数

定理 63 (Tutte):偶数阶图 G 有完美匹配当且仅当 o(GS)|S|,对所有 SV 成立

推论 (Peterson):每个没有割边的 3 正则图都有完美匹配

image-20220226164025008 有割边的 3 正则图不一定就没有完美匹配

定理 64:完全图 K2n 是 1-可因子化的

定理 65: k 正则偶图 (k>0) 是 1-可因子化的

定理 66:具有 Hamilton 圈的 3 正则图是 1-可因子化的

image-20220226164025008 1-可因子分解的 3 正则图不一定有 Hamilton 圈

定理 67:若 3 正则图有割边,则不可 1-因子分解

image-20220226164025008 无割边的 3 正则图可能也没有 1-因子分解 (如:彼得森图)

定理 68:K2n+1nH 圈的并

定理 69:完全图 K2n 是一个 1-因子和 n1H 圈的并

定理 70:每一个没有割边的 3-正则图是一个 1-因子和一个 2-因子的并

image-20220226164025008 彼得森图是一个 1-因子和一个 2-因子的并

image-20220226164025008 若没有割边的 3-正则图中的 2-因子是一些偶圈,则该图也是 1-可因子化的

定理 71:一个连通图是 2-可因子化的当且仅当它是偶数度正则图

image-20220226164025008 (考过证明)n 为偶数且 δ(G)n2+1,则 n 阶图 G 有 3-因子

平面图和对偶图

定理 75:G 是具有 m 条边的平面图,则 fΦdeg(f)=2m

定理 76 (Euler 公式):G 是具有 n 个点,m 条边,φ 个面的连通平面图,则有 nm+φ=2

推论:G 是具有 n 个点,m 条边,φ 个面,k 个连通分支的平面图,则 nm+φ=k+1

推论:G 是具有 n 个点,m 条边的简单平面图且 n3,则 m3n6

image-20220226164025008 K3,3 和 K5 是非可平面图

定理 77:G 是简单平面图,则 δ5

定理 78:一个连通平面图 G 是 2 连通的当且仅当 G 的每个面的边界是圈

定理 81:G 是至少有 3 个顶点的平面图,则 G 是极大平面图的充分必要条件为 G 中各面次数均为 3 且为简单图

推论:G 是一个有 n 个点,m 条边,φ 个面的极大平面图,且 n3,则 (1) m=3n6;(2) φ=2n4

定理 84:每个至少有 7 个顶点的外可平面的补图不是外可平面图,且 7 是这个数目的最小者

定理 85:平面图 G 的对偶图 G 也是平面图,并且还有

定理 86:G 是平面图 G 的对偶图,则 G 必连通

定理 87:假定 G 是平面图,则 (G)=G 当且仅当 G 是连通图

定理 88 (库拉托夫斯基定理):G 是可平面的当且仅当它不含与 K5K3,3 同胚的子图

image-20220226164025008 思考:若图 GK5K3,3 同胚,则至少从 G 中删去 1 条边才可能使其成为可平面图

定理 90 (瓦格纳定理):简单图 G 是可平面图当且仅当它不含可收缩到 K5K3,3 的子图

定理 91:至少有 9 个点的简单可平面图的补图是不可平面的,而 9 是这种数目中最小的一个

着色问题

定理 101 (König):若图 G 是偶图,则 χ=Δ

定理 102 (Vizing):若图 G 是简单图,则 χ=Δχ=Δ+1

定理 103:G 是非空简单图。若 G 中恰有一个度为 Δ(G) 的点,或 G 中恰有两个度为 Δ(G) 的点并且这两个点相邻,则 χ(G)=Δ(G)

定理 104:若图 G=(V,E)n 阶简单图,若 n=2k+1 且边数 m>kΔ,则 χ=Δ+1

引理:G 是奇阶 Δ 正则简单图。若 Δ>0,则 χ=Δ+1

定理 106:对任意的无环图 G,均有 χΔ+1

定理 107 (Brooks):G 是简单连通图。假定 G 既不是完全图又不是奇圈,则 χΔ

Ramsey 定理

定理 116:给定图 G=(V,E)SV,则 SG 的独立集当且仅当 VSG 的覆盖

定理 117 (Gallai):对任意的 n 阶图 G,有 α(G)+β(G)=n

定理 118 (Gallai):对任意不含孤立点的 n 阶图 G,有 α(G)+β(G)=n

定理 119: G 是无孤立点的偶图,则 G 中最大独立集包含的顶点数等于最小边覆盖包含的边数

image-20220226164025008 R(3,3)=6; R(4,4)=18

根树问题

定理 125: m 元完全树 T 的树叶数为 t,分支点数为 i,则 (m1)i=t1

例:二元完全树 (m=2),则分支点数为 i=t1,边数之和为 m(T)=2(t1)。另外,高度为 h 的二元完全树最少有 h+1 片叶子

特殊图总结

偶图

定理 9:一个图是偶图当且仅当它不包含奇圈

定理 14:连通偶图的 2 部划分是唯一的

定理 15:n 阶完全偶图 Kn1,n2 的边数 m=n1n2,且 mn2/4

image-20220226164025008 Gk 正则二部图 (k2),则 G 无割边

image-20220226164025008 是否存在一个具有奇数个顶点的连通图,它既是二部图,也是哈密尔顿图?   不存在,否则二部图中出现了奇圈

image-20220226164025008 若二部图 G 是哈密尔顿图,则它的二部划分 (X,Y) 满足什么条件?   |X|=|Y|

定理 60 (Hall 1935):G 为具有二分类 (X,Y) 的偶图,则 G 包含饱和 X 的每个顶点的匹配当且仅当 |N(S)||S| 对所有 SX 成立

推论:Gk 正则偶图 (k>0),则 G 有完美匹配

定理 62 (König 1931):在偶图中,最大匹配中的边数等于最小覆盖中的点数

image-20220226164025008 Km,n(mn) 的「最大匹配包含的边数」和「最小覆盖包含的点数」均为 m

定理 65: k 正则偶图 (k>0) 是 1-可因子化的

推论:完全图和完全偶图的荫度为 σ(Kn)=n2,  σ(Kr,p)=rpr+p1

定理 101 (König):若图 G 是偶图,则 χ=Δ

image-20220226164025008 对于 Km,nχ(Km,n)=Δ

定理 119: G 是无孤立点的偶图,则 G 中最大独立集包含的顶点数等于最小边覆盖包含的边数

完全图

完全图的直径是 1

Kn 的邻接谱:Spec(Kn)=(1n1n11)

对于任意的 w (2wn1),任意点对间的 w 宽距离为 2,即:dw(Kn)=2 (2wn1)

完全图的边色数为 n1 (n)n (n),点色数为 n

完全图的点连通度和边连通度分别为 n1n1

彼得森图

彼得森图不是 H

彼得森图有完美匹配

彼得森图不可 1-因子分解

彼得森图不可平面图

彼得森图的边色数为 4,点色数为 3

彼得森图的点连通度和边连通度分别为 33

n 方体

性质理由
Qn 的顶点数是 2n有递推式,n 每增加 1 顶点数增加 2
Qnn 正则图 
Qn 的边数是 n2n1握手定理:m=n2n/2=n2n1
Qn 是偶图不含奇圈
Qn 存在完美匹配,且为顶点数的一半推论:Gk 正则偶图 (k>0),则 G 有完美匹配
Qn 的点连通度为 n 
Qn 的边连通度是 n 
Qn 的点色数为 2二部图的点色数和边色数分别为「2」和「最大度」
Qn 的边色数是 n二部图的点色数和边色数分别为「2」和「最大度」

重要知识梳理(选择 & 填空)

图的基本概念

3 个顶点的非同构的所有简单图有 4 个,4 个顶点的非同构的所有简单图有 11

具有 m 条边的简单标号图的生成子图的个数显然为 2m

G1=(n1,m1) 与图 G2=(n2,m2) 的积图 G1×G2 的点数为 n1n2,边数为 n1m2+n2m1

G1=(n1,m1) 与图 G2=(n2,m2) 的联图 G1G2 的点数为 n1+n2,边数为 m1+m2+n1n2

超立方体 Qn 是具有 2n 个顶点,n2n1条边的 n 正则二部图

A2 的元素 aii(2)vi 的度数。A3 的元素 aii(3) 是含 vi 的三角形的数目的两倍

矩阵 A 的所有特征值的平方和等于该图边数的 2

Kn 的最大特征值为 n1

若图 G 度弱于图 H,则图 G 的边数小于等于图 H 的边数

非平凡树至多存在一个完美匹配

非同构的 4 阶、5 阶、6 阶树的个数分别为 236

k 颗树组成的森林满足 m=nk

非平凡树的点连通度和边连通度分别为 11

τ(Kn)=nn2;  τ(Km,n)=nm1mn1

图的连通性

定理 34:对任意的图 G,有 κ(G)λ(G)δ(G)

定理 35:G 是具有 m 条边的 n 阶连通图,则 κ(G)2m/n

引理:Gn 阶简单图,若 δ(G)n/2,则 G 必连通

定理 37:Gn 阶简单图,若 δ(G)n/2,则 λ(G)=δ(G)

G 的顶点数为 n7 连通,则其边数至少为 7n2

提到割边一定要想到「K2」;提到割点一定要想到「自环」「八字形的图」「K2」;提到块一定要想到「阶数至少为 3」

点连通不能推出点割「完全图不存在点割」,但边连通可以推出边割

点连通可以推出边连通,但反过来就不行

阶数为 1 的块,要么是孤立点,要么是自环

只有一条边的块,要么是自环,要么是 K2

至少有三个点的块无环、无割边

定理 32:设图 G 的阶至少为 3,则 G 是块当且仅当 G 无环并且任意两点都位于同一个圈上

推论:G 的阶至少为 3,则 G 是块当且仅当 G 无孤立点且任意两条边都在同一个圈上

E 图 & H 图

欧拉图和哈密尔顿图都有一个大前提:均为连通图

欧拉图一定没有割边,但可能有割点 (八字形的图)

非平凡欧拉图中一定有圈

至少具有 2 个点的无环欧拉图一定是 2 边连通的

完全偶图 Km,n(m,n2 且均为偶数 ),则在其最优欧拉环游中共含 mn 条边

存在自环的哈密尔顿图有割点;哈密尔顿简单图中一定不存在割点

满足 Dirac 定理、Ore 定理、度序列判定定理的图的闭包一定是完全图

哈密尔顿图:一必要 (ω(GS)|S|),三充分 (δ(G)n2d(u)+d(v)n),一充要 (闭包是 H 图)

若图 G 的闭包是哈密尔顿图,则其闭包不一定是完全图 image-20220507203623128

具有 5 个点的度极大非哈密尔顿图族为 C1,5C2,5

定理 51 (Chvátal 1972):Gn3 的非 H 简单图,则 G 度弱于某个 Cm,n

n 阶完全图中 H 圈的个数为 (n1)!

匹配与因子分解

超方体 Qn 的最小覆盖包含的点数为 2n1

Km,n (mn) 的最小覆盖包含的点数为 m

因子分解总结为 3 个方面「有没有」「能不能」「数一数」

小 Tips

 

老师的原话!!还没来得及整理,较为粗糙,凑合看吧!!有时间再整理!!!

 

题型:

 

极图(非常重要)

最短路算法

最小生成树

 

虽然学过的概念非常多,但是考试中的概念是重点中的重点,所以很多知识点考察不到

有些知识点只知道概念即可 (掌握概念),有些知识点了解即可 (可以不管)

第一章 邻接谱 只需要掌握 Kn 的邻接谱即可

第二章 树的中心 & 形心 概念掌握即可

第三章 宽距离 & 宽直径 概念掌握即可

第四章 线图 & 超哈密尔顿图 概念掌握即可

第七章重点

特殊图的点色数,边色数(填空题)

以点着色和边着色为模型的应用题

求一个具体图的色多项式,并且还要求出该图的点色数(基本都会考,只有一年没考)

第八章 Ramsey 数 只需知道 R(3,3)=6; R(4,4)=18;点临界图 & 边临界图 不考

 

超哈密尔顿图:本身不是哈密尔顿图,任意删去一个点,变成哈密尔顿图,例如:彼得森图

 

总结 k 正则二部图

 

考察基本概念的正确理解,主要结论的灵活应用,不会考某一个定理的证明,结论的证明一般都不会考,除了一些高频考题外

着重注意曾经考过的题目

 

证明是哈密尔顿图

找出哈密尔顿圈就行了