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演算法觀點的圖論
圖論(Graph Theory)起源於1736年Leonhard Euler解答七橋問題的一篇文章,經過兩百年的孕育,1936年Kőnig寫出第一本圖論專書,正式宣告這門學問誕生。此後,隨著生產管理、軍事、交通運輸、電腦和通訊網路等各領域的應用需求,圖論呈現爆炸性的發展。
在圖論的各種研究方法中,較重要的有拓樸方法、機率方法、代數方法、演算法。有效的演算法能協助電腦達到快速計算,對實用端有很大的好處。從數學的觀點來看,演算法其實是數學歸納法的化身,所以它可以用來幫忙證明定理;反過來說,一些定理的歸納法證明,也常能轉化成演算法。本書在各處盡可能地展現數學歸納法和演算法的一體兩面特性。
本書2017年初版後經由許多熱心朋友的建議,在修訂版中除將各細微處修改以外,各章比較大的更動如下:
●加強Ulam猜想的討論以及相關習題。
●第二章,增加堆積排序的說明,並將圖的連續空間儲存法由習題移至內文。
●第三章,大幅增加習題。
●第五章,增加利用最大流最小截的強對偶等式證明Kőnig定理。
●第七章,加強解釋貪求著色法,以及放電理論用以證明度數和的一個定理的證明的修正。
●第九章,強完美圖定理敘述的修正。
●第十章,利用Radziszowski動態調查文章[2017]第15版,更新一些R(p, q)值,並新增一些小圖的R(G,H)值。
●第十一章,增加對於禁用完全圖的Turán定理的一個新證明。
●第十五章,更新Turing機器的歷史介紹,並增加相對應的參考文獻。
在圖論的各種研究方法中,較重要的有拓樸方法、機率方法、代數方法、演算法。有效的演算法能協助電腦達到快速計算,對實用端有很大的好處。從數學的觀點來看,演算法其實是數學歸納法的化身,所以它可以用來幫忙證明定理;反過來說,一些定理的歸納法證明,也常能轉化成演算法。本書在各處盡可能地展現數學歸納法和演算法的一體兩面特性。
本書2017年初版後經由許多熱心朋友的建議,在修訂版中除將各細微處修改以外,各章比較大的更動如下:
●加強Ulam猜想的討論以及相關習題。
●第二章,增加堆積排序的說明,並將圖的連續空間儲存法由習題移至內文。
●第三章,大幅增加習題。
●第五章,增加利用最大流最小截的強對偶等式證明Kőnig定理。
●第七章,加強解釋貪求著色法,以及放電理論用以證明度數和的一個定理的證明的修正。
●第九章,強完美圖定理敘述的修正。
●第十章,利用Radziszowski動態調查文章[2017]第15版,更新一些R(p, q)值,並新增一些小圖的R(G,H)值。
●第十一章,增加對於禁用完全圖的Turán定理的一個新證明。
●第十五章,更新Turing機器的歷史介紹,並增加相對應的參考文獻。
- 修訂版序
- 初版序
- 符號表
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第一部:基礎篇
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1 圖論緣起
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1.1 話說1736年
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1.2 圖的定義
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1.3 路徑與連通
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1.4 Euler圖的存在性與演算法
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1.5 Euler迴路的應用
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1.6 度序列
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1.7 證明Brouwer 定點定理
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習題
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參考文獻
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2 演算法簡介
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2.1 演算法起源
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2.2 演算法的複雜度
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2.3 資料結構
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2.4 表列與圖的表示法
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2.5 Euler迴路的案例
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2.6 聯集尋找問題
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習題
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參考文獻
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3 樹
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3.1 樹是簡單但重要的圖
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3.2 樹的基本性質
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3.3 樹的中心問題
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3.4 樹或圖的遍歷搜尋法
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3.5 生成樹計數
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3.6 最小生成樹
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習題
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參考文獻
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4 匹配
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4.1 婚姻問題面面觀
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4.2 匹配與完美匹配
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4.3 二分圖匹配
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4.4 加權二分圖匹配
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4.5 一般圖匹配
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4.6 Edmonds花被演算法
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4.7 穩定婚姻問題
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習題
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參考文獻
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5 圖的連通度
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5.1 團結在一起
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5.2 連通度與邊連通度
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5.3 2-連通圖
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5.4 k-連通圖與Menger定理
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5.5 最小連通圖
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5.6 網路流問題
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習題
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參考文獻
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6 平面圖
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6.1 老死不相往來的誓言
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6.2 平面圖
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6.3 Euler多面體公式
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6.4 Kuratowski定理
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6.5 外圍平面圖
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6.6 平面程度的度量
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習題
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參考文獻
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7 圖著色
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7.1 地圖著色
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7.2 點著色數與其上界
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7.3 點著色數的下界
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7.4 平面圖著色
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7.5 邊著色
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7.6 列表著色
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習題
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參考文獻
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8 Hamilton圈
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8.1 環遊世界
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8.2 有Hamilton圈的必要條件
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8.3 有Hamilton圈的充分條件
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8.4 平面圖的Hamilton圈
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8.5 有向圖的Hamilton圈
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8.6 推銷員問題
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習題
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參考文獻
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第二部:專題篇
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9 完美圖
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9.1 Shannon零錯容量
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9.2 完美圖定義與猜想
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9.3 可比圖:第一類傳統完美圖
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9.4 弦圖:第二類傳統完美圖
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9.5 檢驗弦圖
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9.6 完美圖定理
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9.7 通往強完美圖定理的道路
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習題
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參考文獻
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10 Ramsey理論
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10.1 幸福結局問題
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10.2 第二層Ramsey數
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10.3 Ramsey定理
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10.4 圖Ramsey數
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10.5 任意長度等差數列
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10.6 證明van der Waerden定理
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習題
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參考文獻
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11 極值圖論
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11.1 令人瘋狂的樂趣
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11.2 禁用完全圖
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11.3 禁用完全二分圖
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11.4 禁用完全多分圖
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11.5 禁用路徑圖
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11.6 禁用圈圖
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習題
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參考文獻
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12 機率方法
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12.1 計數的藝術
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12.2 機率空間
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12.3 期望值
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12.4 更動法
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12.5 二階矩法與門檻函數
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12.6 局部引理
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習題
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參考文獻
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13 代數方法
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13.1 圖論與代數關係密切
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13.2 圖的特徵值
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13.3 圖參數與特徵值的關係
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13.4 特殊圖的特徵值
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13.5 強正則圖
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13.6 組合零點定理
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習題
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參考文獻
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14 擬陣
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14.1 擬陣起源
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14.2 繼承系統
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14.3 擬陣基本性質
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14.4 對偶擬陣
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14.5 擬陣與平面圖
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14.6 擬陣相交
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14.7 擬陣和
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習題
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參考文獻
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15 NP-完全問題
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15.1 難中之難、無過此難
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15.2 Turing機器
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15.3 Cook定理
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15.4 點覆蓋、獨立集與點團
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15.5 路徑與圈
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15.6 著色問題
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習題
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參考文獻
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- 索引
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