哥尼斯堡七桥问题与图论
大家公认,图论诞生于七桥问题。
出生于瑞士的伟大数学家欧拉(Leonhard Euler,1707—1783)于1736年发表了论文《与位置几何有关的一个问题的解》,文中提出并解决了七桥问题,为图论的形成奠定了基础。
今天,图论已广泛应用在计算机学科、运筹学、控制论、信息论等学科中,成为对现实世界进行抽象的一个强有力的数学工具。
七桥问题是这样描述的:17世纪的东普鲁士有一座哥尼斯堡城(现在叫加里宁格勒,在波罗的海南岸),城中有一座岛,普雷格尔河的两条支流环绕其旁,并将整个城市分成北区、东区、南区和岛区4个区域,全城共有七座桥将4个城区连接起来,图1是这条河以及河上的两个岛和七座桥的草图。
于是,产生了一个有趣的数学难题:一个人是否能在一次步行中穿越全部的七座桥后回到起点,且每座桥只经过一次?
为了解决哥尼斯堡七桥问题,欧拉用A、B、C、D表示4个城区,用7条线表示7座桥,将哥尼斯堡七桥问题抽象为一个图模型,如图2所示,从而将哥尼斯堡七桥问题抽象为一个数学问题:求经过图中每条边一次且仅一次的回路,后来人们称之为欧拉回路。
欧拉论证了这样的回路是不存在的,并且将问题进行了一般化处理,即对于任意多的城区和任意多的桥,给出了是否存在欧拉回路的判定规则:
(1)如果通奇数桥的地方多于两个,则不存在欧拉回路;
(2)如果只有两个地方通奇数桥,可以从这两个地方之一出发,找到欧拉回路;
(3)如果没有一个地方通奇数桥,则无论从哪里出发,都能找到欧拉回路。