割点
割点(cut vertex,articulation point)是删除后使无向图的连通分量数增加的顶点。删除顶点时,与它关联的全部边也一同删除。割点刻画一个顶点对连通性的影响;判断时比较的是删除前后分量数,而不是只观察图中是否出现了孤立点。
例如,在边为 的五顶点图中, 构成三角形,后接路径 。删去 后剩下边 与 ,原来一个分量变成两个;因此 是割点。删去 后则剩路径 ,仍连通,故 不是割点。
分量数的定义适用于非连通图
令 表示图 的连通分量数,约定空图分量数为零。顶点 为割点的精确定义是 设原来包含 的分量为 。其他分量不受删除影响,因此 所以只需检查 是否分成至少两块。这一式也解释了孤立顶点:此时 只有 ,删后分量数减少一,故孤立点不是割点。[1]
在主例中,删 后得到三角形 和孤立点 ,分量数变为二,因此 也是割点。删叶子 后,剩余图仍连通,分量数保持一。全部割点恰为 。
所有连接路线都经过该点
路径判据。 顶点 是割点,当且仅当存在两个不同于 的顶点 ,它们在原图中属于同一连通分量,却每条连接它们的路径都经过 。
证明。 若 是割点,按上一节, 至少有两个分量。从其中不同分量各取一点 ;它们在 中相连,但若原图存在避开 的路径,这条路径也会留在 中,与两点属于不同分量矛盾。
反过来,假设这样的 存在。它们都留在 中;若仍连通,就会有一条避开 的原图路径,违反条件。因此 至少有两个分量,代入分量数公式即得 。
主例中取 ,任何连接它们的路径都必须依次经过 。而取 ,既可沿边 ,也可经 ;删除 并不切断二者。判据检查所有路径是否被同一个顶点阻断,而非某一条画出来的路线是否经过它。
度数、环路和桥的区别
度零或度一的顶点不可能是割点。度一顶点若位于一条连接其他两点的简单路径内部,路径必须从唯一邻居进入后又返回同一邻居,这会重复顶点,不能是简单路径。因此其他点之间已有路径时,可选一条不经过该叶子的简单路径,删除它不会把其余点分开。度零的情况已由分量数直接说明。
但度至少二并不充分:三角形的每个顶点度都为二,删除任一点后另外两点仍由一条边连接,所以没有割点。更一般地,一个点位于环上,也不足以排除它成为割点。主例的 位于三角形上,但仍是三角形区域与尾部之间的唯一接口。
桥是删除后增加分量数的边。割点未必关联桥。将两个三角形 和 只在 处相接:删 后留下两条分离边,所以 是割点;每条边却都位于三角形中,删一条后可沿同一三角形另两边绕行,因此没有桥。顶点脆弱性和边脆弱性不能混为一谈。
删除后的分量与有解答的变式
主例删除 ,可以由边表直接复算:五条边中 被删除,留下 ;四个顶点被划分为两个分量。若误把 与 接起来,就进行了额外的消元操作,而不是删除顶点。
变式。 向原图增加边 。此时 形成环, 又连接着 。删去 后有路径 ;删去 后 仍经 接入;删去其余任一点也不会断开。因此新图没有割点。一条绕行边可以同时消除多个割点,但这依赖它连接了哪些原先被分开的区域。
对至少三顶点的连通图,“没有割点”是二顶点连通性的一个等价描述。只有两个顶点的一条边也没有割点,通常仍需另列规模条件;把“无割点”直接当成所有规模下的二连通定义,会遗漏这个边界。
参考文献
- ↑ Reinhard Diestel:Graph Theory, Chapter 1,第六版,2025年,§1.4,割点的全路径分离定义。访问日期:2026-10-22。