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割点

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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 ab,ac,bc,cd,de 的五顶点图中,a,b,c 构成三角形,后接路径 c,d,e。删去 c 后剩下边 ab 与 de,原来一个分量变成两个;因此 c 是割点。删去 b 后则剩路径 a,c,d,e,仍连通,故 b 不是割点。

顶点c及与c相接的边淡化,剩余边ab与de分成两个连通分量
删去c后,a、b与d、e之间失去全部连接。虚线仅标记被删除的边,不属于结果图。

分量数的定义适用于非连通图

令 c(G) 表示图 G 的连通分量数,约定空图分量数为零。顶点 v 为割点的精确定义是 c(G−v)>c(G). 设原来包含 v 的分量为 H。其他分量不受删除影响,因此 c(G−v)=c(G)−1+c(H−v). 所以只需检查 H−v 是否分成至少两块。这一式也解释了孤立顶点:此时 H 只有 v,删后分量数减少一,故孤立点不是割点。[1]

在主例中,删 d 后得到三角形 abc 和孤立点 e,分量数变为二,因此 d 也是割点。删叶子 e 后,剩余图仍连通,分量数保持一。全部割点恰为 {c,d}。

所有连接路线都经过该点

路径判据。 顶点 v 是割点,当且仅当存在两个不同于 v 的顶点 x,y,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 v。

证明。 若 v 是割点,按上一节,H−v 至少有两个分量。从其中不同分量各取一点 x,y;它们在 H 中相连,但若原图存在避开 v 的路径,这条路径也会留在 H−v 中,与两点属于不同分量矛盾。

反过来,假设这样的 x,y 存在。它们都留在 H−v 中;若仍连通,就会有一条避开 v 的原图路径,违反条件。因此 H−v 至少有两个分量,代入分量数公式即得 c(G−v)>c(G)。

主例中取 x=b,y=e,任何连接它们的路径都必须依次经过 c,d。而取 x=a,y=c,既可沿边 ac,也可经 b;删除 b 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 c 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 vabv 和 vcdv 只在 v 处相接:删 v 后留下两条分离边,所以 v 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 c,可以由边表直接复算:五条边中 ac,bc,cd 被删除,留下 ab,de;四个顶点被划分为两个分量。若误把 a 与 d 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 be。此时 b,c,d,e 形成环,a 又连接着 b,c。删去 c 后有路径 a,b,e,d;删去 d 后 e 仍经 b 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

  1. ↑ 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。