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图围长

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图围长是图中最短简单环的长度,也就是该环包含的边数。它衡量网络中最短的闭合路线有多少条边;这与连接最远两点所需的距离,即图的直径,是不同概念。

定义及例子

对有限简单无向图 G,若图中至少有一个环,定义 g(G)=min⁡{|E(C)|:C 是 G 的简单环}. 若图无环,常约定 g(G)=∞。简单环的顶点除首尾重合外互不重复;简单图没有长度一或二的环,因此有限围长至少为 3。[1]

例如五顶点环 C5 只有一个简单环,其围长为 5。把对角线连接顶点 1 和 3 后,出现三角形 1−2−3−1,所以围长降为 3。五顶点路径没有环,围长按上述约定为无穷大。

左侧五边形为五环,右侧增加一条对角线并出现三角形
同样有五个顶点,加入对角线后最短环从五条边变为三条边。

最短环没有弦

设 C 是图的一个最短环。如果它有弦,即一条连接环上两个不相邻顶点的边,那么弦与原环上的两条路径分别组成两个环。因为两个端点在原环上不相邻,两条路径都至少有两条边;两个新环的长度都小于原环长度。这与 C 最短矛盾。因此最短环没有弦。

反过来,一个没有弦的环未必是整个图的最短环:图的另一部分可能有更短的环。证明某个环给出围长时,还要排除其他位置存在更短的环。

二部图和完全图

二部图的每条边都连接不同的两部分。沿环走时顶点所在部分交替,因此返回起点至少需要偶数条边。若二部图含环,它的围长必为偶数且至少为 4。例如 K2,3 选取两侧各两个顶点即可得到四环,故围长为 4。

当 n≥3 时,完全图 Kn 任取三个顶点都有三条边组成三角形,故围长为 3。加入边不会使已有环消失,但可能产生更短的环;删除边则可能使最短环变长,甚至使图变成无环图。

参考资料

  1. ↑ Stanford University,Lecture 2,定义 2.1,图围长。