Что такое матрица инцидентности

Матрица инцидентности

Матрица инцидентности — одна из форм представления графа, в которой указываются связи между инцидентными элементами графа (ребро(дуга) и вершина). Столбцы матрицы соответствуют ребрам, строки — вершинам. Ненулевое значение в ячейке матрицы указывает связь между вершиной и ребром (их инцидентность).

В случае ориентированного графа каждому ребру ставится в соответствие «-1» на позиции (x,y) и «1» на позиции (y,x); если связи между вершинами нет, то ставится в соответствие «0».

Пример

Особенности данного представления

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Матрица инцидентности» в других словарях:

матрица инцидентности при данных правилах аутентификации — — [[http://www.rfcmd.ru/glossword/1.8/index.php?a=index d=23]] Тематики защита информации EN incidence matrix of authenticating rules … Справочник технического переводчика

Матрица смежности — один из способов представления графа в виде матрицы. Содержание 1 Определение 2 Примеры 3 Свойства … Википедия

ИНЦИДЕНТНОСТИ СИСТЕМА — совокупность двух множеств Аи с отношением инцидентности I между их элементами, к рое записывается как аIВ для в этом случае говорят, что элемент аинцидентен элементу Л, или Винцидентен а. Понятие И. с. вводится с целью использования геометрич.… … Математическая энциклопедия

Унимодулярная матрица — квадратная матрица с целыми коэффициентами, определитель которой равен +1 или 1. Это в точности те невырожденные матрицы A, для которых уравнение Ax = b имеет целочисленное решение для любого целочисленного вектора b. Содержание 1 Свойства … Википедия

Граф (математика) — У этого термина существуют и другие значения, см. Граф (значения). Неориентированный граф с шестью вершинами и семью рёбрами В математической теории графов и информатике граф это совокупность непустого множества вершин и множества пар… … Википедия

Граф (теория графов) — Неориентированный граф с шестью вершинами и семью рёбрами В математической теории графов и информатике граф это совокупность объектов со связями между ними. Объекты представляются как вершины, или узлы графа, а связи как дуги, или рёбра. Для… … Википедия

Двудольный ориентированный граф — Неориентированный граф с шестью вершинами и семью рёбрами В математической теории графов и информатике граф это совокупность объектов со связями между ними. Объекты представляются как вершины, или узлы графа, а связи как дуги, или рёбра. Для… … Википедия

Неориентированный граф — с шестью вершинами и семью рёбрами В математической теории графов и информатике граф это совокупность объектов со связями между ними. Объекты представляются как вершины, или узлы графа, а связи как дуги, или рёбра. Для разных областей… … Википедия

Орграф — Неориентированный граф с шестью вершинами и семью рёбрами В математической теории графов и информатике граф это совокупность объектов со связями между ними. Объекты представляются как вершины, или узлы графа, а связи как дуги, или рёбра. Для… … Википедия

Простой цикл — Неориентированный граф с шестью вершинами и семью рёбрами В математической теории графов и информатике граф это совокупность объектов со связями между ними. Объекты представляются как вершины, или узлы графа, а связи как дуги, или рёбра. Для… … Википедия

Источник

Теория Графов. Часть 2 Смежность, инцидентность, петли

Ничего не сделано, если что-то осталось недоделанным. – Иоганн Гаусс

Смежность и инцидентность

Смежность и инцидентность

Давайте рассмотрим самый обыкновенный неориентированный граф (Рисунок 1). В нем есть вершина Р и вершина К. Данные вершины являются смежными (adjacent), так как они соединены ребром РК.

Помимо этого, как мы видим, вершина К является концом ребра РК, а Р его началом, в таких случаях вершина К и Р называются инцидентными (incident) ребру РК.

Рисунок 1

Смежностью вершин графа – называется отношение между двумя вершинами, в котором существует ребро их соединяющее.

Инцидентность – это когда вершина a является началом или концом ребра t. Если мы добавим еще одну вершину b, то мы скажем, что вершина a и b инцидента ребру t.

Кроме вершин, смежность присутствует и у рёбер. Рёбра просто должны иметь общую вершину. В нашем случаи мы можем сказать, что ребро ДК является смежным ребру РК, так как у них есть общая вершина К.

Смежностью рёбер графа – называется отношение между двумя рёбрами, в котором существует вершина соединяющая их.

В связи с тем, что выше мы рассматривали неориентированный граф, то было неважно, с какого направления определять смежность и инцидентность. Вершина Р могла быть смежна вершине К, но также мы могли сказать, что вершина К смежна вершине Р.

В ориентированном графе все немного по-другому (Рисунок 2), так у нас имеется направление, которое мы не в силах поменять. Если вершина 1 смежна вершине 2, то вершина 2 не может быть смежна вершине 1. То же самое касается и инцидентности. Вершины 1 и 2 инцидентны ребру 12, наоборот не работает.

Рисунок 2

Петли

Петля – это ребро инцидентное одной и той же вершине. То есть вершина которая соединена сама с собой. На рисунке ниже мы видим, как это выглядит.

Петли

Заключение

В следующей статье я покажу, как с помощью матрицы задавать графы, а также покажу, что такое вес ребра.

Источник

Матрица инцидентности.

Говорить о том, что ребро g и каждая из вершин u и y инцидентна g, стоит лишь в том случае, если g соединяет u и y. Уяснив это, перейдем к рассмотрению данного метода. Матрица инцидентности строиться по похожему, но не по тому же принципу, что и матрица смежности. Так если последняя имеет размер n×n, где n – число вершин, то матрица инцидентности – n×m, здесь n – число вершин графа, m – число ребер. То есть теперь чтобы задать значение какой-либо ячейки, нужно сопоставить не вершину с вершиной, а вершину с ребром.

1) Неориентированный граф

a. 1 – вершина инцидентна ребру

b. 0 – вершина не инцидентна ребру

2) Ориентированный граф

a. 1 – вершина инцидентна ребру, и является его началом

b. 0 – вершина не инцидентна ребру

Построим матрицу инцидентности сначала для неориентированного графа, а затем для орграфа.

Ребра обозначены буквами от a до e, вершины – цифрами. Все ребра графа не направленны, поэтому матрица инцидентности заполнена положительными значениями.

В программе матрица инцидентности задается, также как и матрица смежности, а именно при помощи двумерного массива. Его элементы могут быть инициализированы при объявлении, либо по мере выполнения программы.

Источник

Инцидентность и смежность в графах, матрицы смежности, матрицы инцидентности, списки инцидентности

Инцидентность вершин и рёбер графа, смежность вершин графа

Пример 1. Задать аналитически граф, представленный на рисунке ниже. (рис. А)

Итак, задаём граф следующими множествами:

Зададимся вопросом: можно ли поместить слона в компьютер? Ответ: можно, если слона смоделировать в виде графа, в котором вершинами являются части его тела, а рёбра соединяют те части тела, которые соединены в слоне как биологическом объекте. При этом получившийся граф должен быть представлен в памяти компьютера в понятном компьютеру виде.

В связи с широким применением графов в программировании и информационных технологиях вообще возникает вопрос о представлении графа в виде структуры данных. Различные способы представления графов в памяти компьютера отличаются объёмом занимаемой памяти и скоростью выполнения операций над графами.

Матрицы смежности

Матрица смежности для неориентированного графа

Элемент матрицы смежности s ij неориентированного графа определяется следующим образом:

— равен единице, если вершины v i и v j смежны;

— равен нулю, если вершины v i и v j не смежны.

Пример 2. Составить матрицу смежности для графа, представленного на рисунке ниже.

Таким образом, матрица смежности неориентированного графа симметрична относительно главной диагонали.

Матрица смежности для ориентированного графа

Элемент матрицы смежности s ij ориентированного графа определяется следующим образом:

— равен единице, если из вершины v i в вершину v j входит дуга;

— равен нулю, если из вершины v i в вершину v j дуга не входит.

Пример 3. Составить матрицу смежности для графа, представленного на рисунке ниже.

Таким образом, матрица смежности ориентированного графа не симметрична.

Матрица смежности для графа с кратными рёбрами

Пример 4. Составить матрицу смежности для графа, представленного на рисунке ниже.

Матрица смежности для взвешенного графа

В случае взвешенного графа элемент матрицы смежности s ij равен числу w, если существует ребро между вершинами v i и v j с весом w. Элемент s ij равен нулю, если рёбер между вершинами v i и v j не существует.

Пример 5. Составить матрицу смежности для графа, представленного на рисунке ниже.

Матрицы инцидентности

Матрица инцидентности для неориентированного графа

Элемент матрицы инцидентности для неориентированного графа h ij определяется следующим образом:

— равен единице, если вершина v i инцидентна ребру e j ;

Пример 6. Составить матрицу инцидентности для графа, представленного на рисунке ниже.

Матрица инцидентности для ориентированного графа

Элемент матрицы инцидентности для ориентированного графа h ij определяется следующим образом:

— равен минус единице, если вершина v i является началом ребра e j ;

— равен единице, если вершина v i является концом ребра e j ;

Пример 7. Составить матрицу инцидентности для графа, представленного на рисунке ниже.

Списки инцидентности

Графы значительного объёма целесообразно хранить в памяти компьютера в форме списков инцидентности.

Список инцидентности одной вершины графа включает номера вершин, смежных с ней.

Ссылки на начало этих списков образуют одномерный массив, индексами которого служат номера вершин графа.

Пример 8. Составить списки инцидентности для графа, представленного на рисунке ниже.

Преимущества и недостатки каждого способа

Матрицы смежности и инцидентности целесообразнее использовать когда:

Из-за последнего обстоятельства матрицы чаще используются в теоретических исследованиях графов.

Списки инцидентности целесообразнее использовать когда:

На практике списки чаще используются в прикладных целях.

Источник

Теория графов. Часть третья (Представление графа с помощью матриц смежности, инцидентности и списков смежности)

Все, что познается, имеет число, ибо невозможно ни понять ничего, ни познать без него – Пифагор

Список смежности (инцидентности)

Взвешенный граф (коротко)

Итак, мы умеем задавать граф графическим способом. Но есть еще два способа как можно задавать граф, а точнее представлять его. Для экономии памяти в компьютере граф можно представлять с помощью матриц или с помощью списков.

Матрица является удобной для представления плотных графов, в которых число ребер близко к максимально возможному числу ребер (у полного графа).

Другой способ называется списком. Данный способ больше подходит для более разреженных графов, в котором число ребер намного меньше максимально возможного числа ребер (у полного графа).

Перед чтением материала рекомендуется ознакомится с предыдущей статьей, о смежности и инцидентности, где данные определения подробно разбираются.

Матрица смежности

Но тем кто знает, но чуть забыл, что такое смежность есть краткое определение.

Смежность – понятие, используемое только в отношении двух ребер или в отношении двух вершин: два ребра инцидентные одной вершине, называются смежными; две вершины, инцидентные одному ребру, также называются смежными.

Матрица (назовем ее L) состоит из n строк и n столбцов и поэтому занимает n^2 места.

Каждая ячейка матрицы равна либо 1, либо 0;

Ячейка в позиции L (i, j) равна 1 тогда и только тогда, когда существует ребро (E) между вершинами (V) i и j. Если у нас положение (j, i), то мы также сможем использовать данное правило. Из этого следует, что число единиц в матрице равно удвоенному числу ребер в графе. (если граф неориентированный). Если ребра между вершинами i и j не существует, то ставится 0.

Для практического примера возьмем самый обыкновенный неориентированный граф:

А теперь представим его в виде матрицы:

Ячейки, расположенные на главной диагонали всегда равны нулю, потому что ни у одной вершины нет ребра, которое и начинается, и заканчивается в ней только если мы не используем петли. То есть наша матрица симметрична относительно главной диагонали. Благодаря этому мы можем уменьшить объем памяти, который нам нужен для хранения.

С одной стороны объем памяти будет:

Но используя вышеописанный подход получается:

Потому что нижнюю часть матрицы мы можем создать из верхней половины матрицы. Только при условии того, что у нас главная диагональ должна быть пустой, потому что при наличии петель данное правило не работает.

Если граф неориентированный, то, когда мы просуммируем строку или столбец мы узнаем степень рассматриваемой нами вершины.

Если мы используем ориентированный граф, то кое-что меняется.

Здесь отсутствует дублирование между вершинами, так как если вершина 1 соединена с вершиной 2, наоборот соединена она не может быть, так у нас есть направление у ребра.

Возьмем в этот раз ориентированный граф и сделаем матрицу смежности для него:

Если мы работаем со строкой матрицы, то мы имеем элемент из которого выходит ребро, в нашем случаи вершина 1 входит в вершину 2 и 8. Когда мы работаем со столбцом то мы рассматриваем те ребра, которые входят в данную вершину. В вершину 1 ничего не входит, значит матрица верна.

Если бы на главной диагонали была бы 1, то есть в графе присутствовала петля, то мы бы работали уже не с простым графом, с каким мы работали до сих пор.

Матрица инцидентности

Инцидентность – понятие, используемое только в отношении ребра и вершины: две вершины (или два ребра) инцидентными быть не могут.

Матрица (назовем ее I) состоит из n строк которое равно числу вершин графа, и m столбцов, которое равно числу ребер. Таким образом полная матрица имеет размерность n x m. То есть она может быть, как квадратной, так и отличной от нее.

Ячейка в позиции I (i, j) равна 1 тогда, когда вершина инцидентна ребру иначе мы записываем в ячейку 0, такой вариант представления верен для неориентированного графа.

Сразу же иллюстрируем данное правило:

Сумма элементов i-ой строки равна степени вершины.

Одной из особенностей данной матрицы является то, что в столбце может быть только две ненулевых ячейки. Так как у ребра два конца.

Список смежности (инцидентности)

Список смежности подразумевает под собой, то что мы работаем с некоторым списком (массивом). В нем указаны вершины нашего графа. И каждый из них имеет ссылку на смежные с ним вершины.

В виде списка это будет выглядеть так:

Неважно в каком порядке вы расположите ссылку так как вы рассматриваете смежность относительно первой ячейки, все остальные ссылки указывают лишь на связь с ней, а не между собой.

Так как здесь рассматривается смежность, то здесь не обойдется без дублирования вершин. Поэтому сумма длин всех списков считается как:

Когда мы работаем с ориентированным графом, то замечаем, что объем задействованной памяти будет меньше, чем при неориентированном (из-за отсутствия дублирования).

Сумма длин всех списков:

Со списком инцидентности все просто. Вместо вершин в список (массив) вы вставляете рёбра и потом делаете ссылки на те вершины, с которыми он связан.

К недостатку списка смежности (инцидентности) относится то что сложно определить наличие конкретного ребра (требуется поиск по списку). А если у вас большой список, то удачи вам и творческих успехов! Поэтому, чтобы работать максимальной отдачей в графе должно быть мало рёбер.

Взвешенность графа

К примеру, возьмем граф с весами на ребрах:

И сделаем матрицу смежности:

В ячейках просто указываем веса ребра, а в местах где отсутствует связь пишем 0 или -∞.

Более подробно данное определение будет рассмотрено при нахождении поиска кратчайшего пути в графе.

Итак, мы завершили разбор представления графа с помощью матрицы смежности и инцидентности и списка смежности (инцидентности). Это самые известные способы представления графа. В дальнейшем мы будем рассматривать и другие матрицы, и списки, которые в свою очередь будут удобны для представления графа с определёнными особенностями.

Если заметили ошибку или есть предложения пишите в комментарии.

Источник