图论中的几个极值问题

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出版者:上海教育出版社
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出版时间:1981-09
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具体描述

《图论中的几个极值问题》 是一部深度探索图论领域核心议题的学术著作。本书聚焦于图论中一类至关重要且极具挑战性的问题——极值问题。这类问题旨在探究在给定条件下,图的特定性质(例如边的数量、顶点的度数、子图的存在性等)所能达到的最大值或最小值。 本书的开篇,首先系统梳理了图论的基础概念和相关理论,为读者构建坚实的理论框架。这包括但不限于图的定义、表示方法、基本术语(如顶点、边、路径、环、连通性、正则图等)以及一些重要的图类(如二部图、树、平面图、有向图等)。在此基础上,作者详细阐述了图论中进行极值问题研究所需的关键工具和方法,如证明技巧(数学归纳法、反证法)、组合分析技术、概率方法以及一些经典的不等式。 本书的核心内容,则围绕几个经典的、具有代表性的图论极值问题展开。 一、图的边数界限问题: 这部分内容深入探讨了在满足特定图结构或性质条件下,图的边数可能达到的上界或下界。例如,Turán 定理作为图论中最重要的极值定理之一,被详细阐述。Turán 定理给出了不包含特定子图(完全图)的图的最大边数。本书将对 Turán 定理的证明进行细致的分解,并展示其在不同图结构上的应用,例如不包含特定完全二部图的图的边数问题。此外,还将探讨更广泛的“禁止子图”问题,即确定一个图中不包含某个给定子图时的最大边数,并介绍相关的猜想和已解决的成果。 二、图的正则性与极值: 本书还深入研究了与图的度数分布相关的极值问题,尤其关注正则图的性质。例如,Erdős–Gallai 定理,该定理给出了一个给定的度数序列能否构成一个图的充要条件,并且在极值图论中,它也常被用来构造具有特定性质的图,探讨其可能的最大边数。此外,还会讨论关于度数最大值、最小值以及平均度数等方面的极值性质,例如,在给定顶点数和边数的情况下,图中存在某个特定度数(如最大度或最小度)的顶点的概率,或在满足某些条件时,图中是否存在具有特定度数序列的子图。 三、图的连通性与极值: 连通性是图论中的一个基本概念,本书也将其中的极值问题进行了深入剖析。例如,Whitney 定理(关于点连通度和边连通度的关系)和 Menger 定理(关于连通度和路径数量的关系)等经典结果将得到详细介绍和证明。本书还将探讨在给定边数和顶点数的情况下,如何构造或分析具有最小割集(即最小边连通度)或最小顶集(即最小点连通度)的图。这部分内容将涉及如何通过添加或删除边/顶点来改变图的连通度,以及在什么条件下可以实现最优的连通性。 四、特定图类的极值问题: 除了上述通用性极值问题,本书还将聚焦于一些特殊的图类,探讨它们独有的极值性质。例如: 树的极值问题: 探讨在给定顶点数下,具有特定性质(如最大度、最小度、直径等)的树的边数、叶子节点数等。 二部图的极值问题: 深入分析在给定顶点划分下,最大匹配、最小边覆盖等问题与图的边数之间的关系,如 Konig 定理(关于二部图中最大匹配大小等于最小顶点覆盖大小)。 平面图的极值问题: 探讨在嵌入平面后的边数限制,如 Euler 公式(V - E + F = 2)及其在极值问题中的应用,以及关于平面图中顶点度数和边数关系的极值结果。 染色问题的极值: 虽然染色本身不是纯粹的极值问题,但与染色相关的极值也常出现,例如,确定一个图中是否存在特定颜色的子图,或者在给定边数和顶点数的情况下,使图的色数尽可能小的图。 五、现代发展与开放性问题: 本书的最后部分,将简要介绍近年来图论极值问题领域的一些新发展和前沿研究方向。这可能包括对超图(hypergraphs)的极值研究,以及与其他数学分支(如代数、拓扑、计算机科学)的交叉领域。同时,也会提及一些尚未解决的著名猜想和开放性问题,为有志于进一步深入研究的读者提供指引。 总而言之,《图论中的几个极值问题》以其严谨的数学逻辑、丰富的理论内容和广泛的应用前景,为读者提供了一个深入理解和掌握图论核心极值问题的宝贵资源。本书适合数学、计算机科学、运筹学以及相关领域的学生、研究人员和工程师阅读。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这是一本极具启发性的图论专著,它以其深刻的见解和严谨的逻辑,为我带来了非凡的学习体验。我对图论中那些关于“最优”的数学问题一直充满兴趣,而这本书对诸如最小生成树、最短路径以及最大流等经典问题的深入剖析,正是满足了我对知识的深度探索。作者在讲解Kruskal算法时,对“按权值从小到大排序并连接不形成环的边”这一核心思想的阐述,辅以直观的图示,让我能够轻易地理解其贪心策略的有效性。同样,他对Prim算法的讲解,通过不断扩展已连接的节点集合,逐步找到连接所有节点的最小权重生成树,这种方法也让我印象深刻。书中对旅行商问题(TSP)的详尽介绍,更是让我领略到了NP-难问题的魅力与挑战。作者没有回避问题的计算复杂度,而是着重介绍了各种近似算法,如2-opt算法,并对其近似性能进行了分析。这让我明白,在许多实际应用中,找到一个“足够好”的解比找到绝对最优解更为重要。此外,书中对图的匹配问题,特别是二分图的最大匹配,以及其在资源分配、任务调度等领域的广泛应用,都让我对图论的实用价值有了更深层次的认识。

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一本令人着迷的书,它巧妙地将图论的抽象概念与现实世界中的实际问题联系起来。我尤其欣赏作者在阐述诸如最小生成树、最短路径以及旅行商问题等经典图论难题时所展现出的清晰和深刻的洞察力。书中对于这些问题的历史渊源、不同算法的演变以及它们在计算机科学、运筹学乃至生物信息学等领域的广泛应用,都进行了详尽的介绍。阅读过程中,我仿佛置身于一个由节点和边构成的浩瀚宇宙,每解决一个极值问题,都像是在这个宇宙中点亮了一盏明灯,照亮了前行的道路。作者不仅提供了严谨的数学证明,还辅以直观的图示和易于理解的例子,使得像我这样并非图论专业背景的读者也能轻松领略其精妙之处。例如,在讲解最小生成树时,作者从克鲁斯卡尔算法的“贪心”思想出发,层层递进地解释了并查集数据结构如何高效地实现边的排序和连接,最终构建出连接所有节点的最小权重的树。这种循序渐进的讲解方式,让我深刻理解了算法的设计思路和优化技巧。此外,书中对NP-难问题的讨论也极具启发性,作者并没有止步于描述问题的困难性,而是进一步探讨了近似算法和启发式算法在这些问题上的应用,为我们提供了一种在可接受的时间内获得“足够好”解的有效途径。总的来说,这本书不仅是一本关于图论极值问题的百科全书,更是一本引导读者深入思考、探索未知、解决实际问题的思想宝库。它激发了我对图论更深层次的探索欲望,并让我认识到,在这个看似简单由点和线构成的结构中,隐藏着解决无数复杂问题的关键。

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这本书以其非凡的洞察力和清晰的表达,为我揭示了图论中那些令人着迷的极值问题的奥秘。我一直对那些关于“最少”、“最多”、“最快”的问题充满好奇,而本书对诸如最短路径、最小生成树以及最大流等经典问题的深度剖析,恰恰满足了我对知识的深度渴求。作者在讲解Dijkstra算法时,对优先队列的使用以及如何避免重复计算,进行了非常详尽的阐述。通过清晰的图示和伪代码,我能够轻易地理解算法的工作流程,以及它如何高效地找到图中任意两点之间的最短路径。书中对网络流理论的讲解更是让我受益匪浅。从Ford-Fulkerson方法到Edmonds-Karp算法,再到更高效的Dinic算法,作者层层递进地展示了求解最大流问题的演进过程,并对每种算法的复杂性进行了深入的分析。我尤其欣赏作者在讲解最小割问题时,如何利用最大流最小割定理来解决实际问题。例如,通过将图的边容量设置为成本,将求解最小割转化为求解最小成本的流量,这是一种极其优雅的解决问题的方法。此外,书中还触及了一些更具挑战性的问题,如图着色问题在通信网络中的应用,以及在生物信息学中利用图论解决序列比对问题等,这些内容极大地拓展了我的视野,让我看到了图论在各个领域的广泛应用潜力。

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在我看来,这是一本极具学术深度和实践指导意义的图论著作。它不仅仅停留在理论的层面,更着重于如何将图论的极值问题应用到解决实际工程和科学研究中的难题。书中对不同问题的建模方法,例如如何将一个实际问题转化为图的结构,以及如何根据问题的特点选择合适的图论算法,都进行了非常详细的介绍。我特别欣赏作者在处理 NP-难问题时的严谨态度。他没有回避这些问题的计算复杂度,而是深入分析了它们在不同约束条件下的可解性,并重点介绍了在实际应用中常用的近似算法和启发式方法。例如,在讨论旅行商问题时,作者不仅介绍了精确算法(如分支定界法)的原理,还详细阐述了 Christofides 算法、2-opt 算法等近似算法,并对其近似比进行了分析。这些内容对于那些需要在有限时间内解决实际旅行商问题的工程师和研究人员来说,具有极高的参考价值。书中穿插的案例研究,例如在物流配送、网络路由优化、基因组学研究等领域的应用,更是将抽象的图论概念与生动的现实场景相结合,让我切实体会到图论在解决复杂问题中的强大力量。例如,在介绍网络流量调度时,作者将网络看作一个带权值的图,将路由器看作节点,将通信链路看作边,通过求解最短路径问题来实现流量的优化分配,这让我对网络设计的复杂性有了更深刻的理解。

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这本书的出现,如同一股清流,为我长期以来在图论学习中遇到的瓶颈带来了突破。我一直对图论中那些看似简单却又蕴含深邃智慧的极值问题感到好奇,而这本书恰恰满足了我对这些问题的求知欲。书中对于图的各种性质,如连通性、割集、匹配等,以及它们如何影响极值问题的求解,都有着细致入微的分析。特别是对最大流最小割定理的阐述,它不仅仅是一个数学上的等价命题,更是连接网络流理论与现实世界中许多资源分配、流量调度等问题的关键桥梁。作者通过一系列经典的例子,例如网络最大容量的计算、二分图的最大匹配问题等,生动地展示了这一定理的强大威力。我尤其喜欢书中对各种证明的详细推导过程,每一个步骤都严谨而清晰,让我不仅知其然,更知其所以然。例如,在解释 Edmonds-Karp 算法如何通过反复寻找增广路径来逼近最大流时,作者通过一系列的图例和文字说明,将抽象的算法逻辑具象化,让我能够清晰地看到算法的每一步操作是如何工作的,以及最终是如何收敛到最优解的。这种深入浅出的讲解方式,对于像我这样希望真正理解算法原理而非仅仅记住结论的学习者来说,无疑是巨大的福音。此外,书中对于一些较少被提及的图论极值问题,如图着色问题在通信网络中的应用,以及在组合优化中的地位,也进行了深入的探讨,拓展了我的视野,让我对图论的认识上升到了一个新的高度。

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这本书以其独特的视角和深入的分析,成功地将复杂的图论极值问题变得易于理解和掌握。我一直对那些关于“最少”和“最多”的问题充满好奇,而这本书正是满足了我这种好奇心的绝佳读物。作者在讲解最短路径问题时,不仅阐述了Dijkstra算法的核心思想,还详细介绍了Bellman-Ford算法,以及它们在处理负权边时的差异。这种对比分析让我对算法的适用范围有了更清晰的认识。我尤其欣赏书中关于最大流最小割定理的讲解。作者通过一系列生动的例子,例如在交通网络中的流量调度,以及在通信系统中的数据传输,生动地展示了这一重要定理的实际应用价值。他不仅解释了如何将一个实际问题转化为网络流模型,更展示了如何利用求解最大流来解决实际的最小割问题。此外,书中对NP-完全问题,如着色问题和团问题,也进行了深入的探讨,并介绍了在实际应用中常用的近似算法和启发式方法,这让我看到了解决复杂问题的希望。书中对图的连通性,如割点和桥的分析,也让我对图的结构有了更深刻的理解,以及这些结构如何影响某些极值问题的求解。

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这是一本在图论极值问题领域具有里程碑意义的著作,它以其严谨的数学论证和丰富的实例,为我带来了深刻的学习体验。我一直对图论中那些看似朴实却蕴含着巨大力量的极值问题感到着迷,而本书的价值在于它不仅仅罗列了这些问题,更重要的是,它深入挖掘了这些问题背后的数学原理和算法思想。作者在讲解Kruskal算法时,对并查集数据结构的精妙应用进行了详尽的阐述,这使得我能够理解为何它能如此高效地找到最小生成树。其对Prim算法的分析同样令人称道,通过优先队列来维护节点的距离,从而逐步构建最小生成树,这种“贪婪”的策略背后隐藏着深刻的数学保证。书中对旅行商问题(TSP)的介绍,更是让我领略到了NP-难问题的魅力与挑战。作者并没有回避问题的计算复杂度,而是着重介绍了各种近似算法,如Christofides算法,并对其近似比进行了严谨的数学证明。这让我明白,在很多情况下,找到一个“足够好”的解比找到绝对最优解更具实用价值。此外,书中还涉及了图的匹配问题,特别是二分图的最大匹配,以及其在资源分配、任务调度等领域的广泛应用,这让我对图论的实际应用有了更深层次的认识。

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这本书是一部关于图论极值问题的精美编织,它将抽象的数学概念与生动的实际应用巧妙地融合在一起。我一直对图论中的那些“最优”问题情有独钟,而本书对诸如最短路径、最小生成树以及最大流等经典问题的深入剖析,完全满足了我对知识的渴望。作者在讲解Dijkstra算法时,对优先队列数据结构的运用及其在加速查找最短路径中的作用,进行了非常详尽的阐释。通过图示和伪代码的结合,我能够清晰地理解算法的每一步操作,以及它如何有效地避免重复计算。书中对网络流理论的讲解更是达到了炉火纯青的地步。从Ford-Fulkerson方法到Edmonds-Karp算法,再到更高效的Dinic算法,作者层层递进地展示了求解最大流问题的演进过程,并对每种算法的复杂度进行了深入的分析。我尤其欣赏作者在讲解最小割问题时,如何利用最大流最小割定理来解决实际问题。例如,通过将图的边容量设置为成本,将求解最小割转化为求解最小成本的流量,这是一种极其优雅的解决问题的方法。此外,书中还触及了一些更具挑战性的问题,如图着色问题在频谱分配中的应用,以及在生物信息学中利用图论解决序列比对问题等,这些内容极大地拓展了我的视野,让我看到了图论在各个领域的广泛应用潜力。

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这本书以其独特的视角和深入的分析,为我打开了探索图论世界的大门。我一直对那些看似简单,但背后却隐藏着深刻数学原理的极值问题充满了好奇,而这本书正是解答我疑惑的绝佳选择。书中对图的各种拓扑性质,如路径、环、割、匹配等,以及它们如何影响特定极值问题的最优解,都进行了详尽的剖析。我特别欣赏作者在讲解最小生成树问题时,对 Kruskal 算法和 Prim 算法的细致对比。他不仅阐述了两种算法的核心思想,还对它们的复杂度进行了分析,并讨论了它们在不同图结构下的性能差异。这种全面而深入的分析,让我能够根据实际需求选择最合适的算法。书中关于最大流最小割定理的阐述更是让我受益匪浅。作者通过一系列具体的图示和算法流程,清晰地展示了这一重要定理的推导过程和应用价值。例如,在讲解 Dinic 算法如何通过分层图和阻塞流来高效计算最大流时,作者的讲解逻辑清晰,步步为营,让我能够直观地理解算法的精髓。此外,书中对 NP-完全问题的探讨也极具启发性,作者并没有仅仅停留在描述问题的困难性,而是进一步介绍了各种近似算法和启发式方法,为我们在实际应用中解决这些棘手问题提供了切实可行的方案。

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这绝对是一本能够激发思考、拓展视野的图论专著。作者在处理诸如图的连通性、匹配以及流网络等核心概念时,展现出了非凡的清晰度和深度。我尤其被书中关于旅行商问题(TSP)的探讨所吸引。它不仅回顾了TSP的历史渊源和研究进展,更深入地分析了各种求解方法的优劣,从精确算法到近似算法,再到启发式算法,都进行了详尽的阐述。作者对于 Christofides 算法的讲解尤其精彩,它不仅展示了如何构建一个近似解,还对其近似比进行了严格的数学证明,这对于理解近似算法的理论基础至关重要。阅读过程中,我仿佛置身于一个由节点和边构成的复杂迷宫,而作者则是我手中的罗盘,指引我穿越迷宫,找到最优路径。书中对二分图匹配的深入分析,特别是 Hall 定理的证明及其在实际问题中的应用,让我对图论的理解有了质的飞跃。例如,在理解如何使用最大流算法来解决二分图的最大匹配问题时,作者通过巧妙的建图技巧,将离散的匹配问题转化为连续的网络流问题,这种转化思路的精妙之处令我惊叹。此外,书中对一些新兴的图论应用,如社交网络分析中的社群发现问题,以及在大规模图数据处理中的挑战,也进行了初步的探讨,这让我对图论的未来发展方向有了更深的认识。

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