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生成树


SpanningTrees

的生成树,该图有 n 个顶点,是 n-1 条边的子集,这些边构成一棵 (Skiena 1990, p. 227)。例如,圈图 C_4钻石图完全图 K_4 的生成树如上图所示。

一个 G 的非同构生成树的数量 tau(G) 等于 G度矩阵 减去 G邻接矩阵 的任何余子式 (Skiena 1990, p. 235)。这个结果被称为矩阵树定理。一棵 包含唯一的生成树,一个圈图 C_n 包含 n 个生成树,一个完全图 K_n 包含 n^(n-2) 个生成树 (Trent 1954; Skiena 1990, p. 236)。

如果 e 是一张图 G 的一条边,那么

 tau(G)=tau(G-e)+tau(G degreese),

其中,图 G 中边 e边收缩 表示为 G degreese (West 2000, Alikhani and Ghanbari 2024)。

可以使用以下命令找到图的生成树计数:NumberOfSpanningTrees[g],在 Wolfram 语言 包中Combinatorica`。对于连通图,它也由下式给出:

 tau=T(1,1),

其中 T(x,y)Tutte 多项式

Kruskal 算法 可以用来找到图的最大最小生成树

下表总结了各种命名图类的生成树数量。

类别OEIS生成树计数
Andrásfai 图A1931261, 5, 392, 130691, 116268789, 217138318913, ...
反棱柱图A193127X, X, 384, 3528, 30250, 248832, 1989806, ...
阿波罗网络A19312816, 1445, 487350000, 6820689973308563232421875, ...
哑铃图A193129X, X, 9, 256, 15625, 1679616, 282475249, ...
书图 S_(n+1) square P_nA006234X, X, 54, 189, 648, 2187, 7290, 24057, ...
鸡尾酒会图 K_(n×2)A1931300, 4, 384, 82944, 32768000, 20736000000, ...
完全图 K_nA0002721, 1, 3, 16, 125, 1296, 16807, 262144, ...
完全二分图 K_(n,n)A0680871, 4, 81, 4096, 390625, 60466176, 13841287201, ...
完全三部图 K_(n,n,n)A1931313, 384, 419904, 1610612736, 15000000000000, ...
交叉棱柱图A193132X, X, X, 384, X, 9216, X, 196608, X, 3932160, ...
冠图A193133X, X, 6, 384, 40500, 6635520, 1575656250, ...
立方体连接环图A000000X, X, 32400000, 5068660643117137920000, ...
圈图 C_nA000027X, X, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ...
扇图A000000X, 8, 216, 13056, 1409375, ...
五步跳马图A000000X, X, X, X, 0, 0, 0, 331898989520947048842445518274560, ...
折叠立方体图A193134X, 1, 16, 4096, 2147483648, 14167099448608935641088, ...
齿轮图A129743X, X, 50, 192, 722, 2700, 10082, 37632, 140450, 524172
网格图 P_n square P_nA0073411, 4, 192, 100352, 557568000, 32565539635200, ...
网格图 P_n square P_n square P_nA0717631, 384, 8193540096000, ...
半立方体图A1931351, 1, 16, 82944, 126806761930752, ...
汉诺塔图A1931363, 135, 20503125, 119709242282867431640625, ...
舵轮图A004146X, X, 16, 45, 121, 320, 841, 2205, 5776, 15125, ...
超立方体图 Q_nA0062371, 4, 384, 42467328, 20776019874734407680, ...
国王图A000000X, 16, 17745, 1064918960, 3271331573452800, ...
骑士图A000000X, 0, 0, 144000, 136323072000, 5398085382092881920, ...
梯形图 P_2 square P_nA0013531, 4, 15, 56, 209, 780, 2911, 10864, 40545, 151316, ...
莫比乌斯梯形图 M_nA020871X, X, 81, 392, 1815, 8112, 35301, 150544, 632043, ...
Mycielski 图A1931481, 1, 5, 38642, 3568248132106250, ...
奇图A1931491, 3, 2000, 336140000000000000, ...
平底锅图A000027X, X, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ...
路径图 P_nA0000121, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, ...
排列星图A1931501, 1, 6, 162000000, ...
棱柱图A006235X, X, 75, 384, 1805, 8100, 35287, 150528, ...
皇后图A000000X, 16, 541205, 54711160897536, ...
车图A193137X, 4, 11664, 34359738368, 156250000000000000000, ...
堆叠书图A000000X, X, 56, 1, 35733190625,...
星图 S_nA0000121, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, ...
太阳图A193152X, X, 54, 600, 9610, 202800, 5329646, 167968080, ...
日射图 C_n circledot K_1A000027X, X, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
四面体约翰逊图A000000X, X, X, X, X, 96745881600000000, ...
三角形图A193154X, 1, 3, 384, 2048000, 518400000000, ...
网络图A006235X, X, 75, 384, 1805, 8100, 35287, 150528, ...
轮图 W_nA004146X, X, X, 16, 45, 121, 320, 841, 2205, ...

下表给出了各种命名图类的生成树数量的闭合形式,其中 phi黄金比例L_n卢卡斯数U_n(x)第二类切比雪夫多项式C_n^((m))(x)格根鲍尔多项式L_n卢卡斯数tau(W_n) 由 Koshy (2001) 以及 Alikhani 和 Ghanbari (2024) 考虑。


另请参阅

迂回矩阵, Dijkstra 算法, Kruskal 算法, 矩阵树定理, 最大生成树, 最小生成树, 最短路径问题, 出租车度量,

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Alikhani, S. 和 Ghanbari, N. "图论中的黄金比例:综述。" 2024 年 7 月 9 日。 https://arxiv.org/abs/2407.15860Colbourn, C. J.; Day, R. P. J.; 和 Nel, L. D. "图的生成树的逆排序和排序。" J. Algorithms 10, 271-286, 1989.Eppstein, D. "生成树和生成子图。" 计算几何手册 (J.-R. Sack 和 J. Urrutia 编辑) 中的第 9 章。阿姆斯特丹,荷兰:North-Holland,pp. 425-461, 2000.Godsil, C. 和 Royle, G. 代数图论。 纽约:Springer-Verlag, 2001.Koshy, T. 斐波那契数和卢卡斯数及其应用。 纽约:Wiley-Interscience, 2001.Nikolić, S.; Trinajstić, N.; 和 Mihalić, A. "迂回矩阵和迂回指数。" QSAR 和 QSPR 中的拓扑指数和相关描述符 (J. Devillers A. T. 和 Balaban 编辑) 中的第 6 章。阿姆斯特丹,荷兰:Gordon and Breach,pp. 285-286, 2000.Skiena, S. 实现离散数学:组合数学和图论与 Mathematica。 雷丁,马萨诸塞州:Addison-Wesley,pp. 224-227, 1990.Sloane, N. J. A. 序列 A000012/M0003, A000027/M0472, A000272/M3072, A001353/M3499, A0041463867, A006234/M3496, A006235/M4849, A006237/M3725, A007341, A020871, A068087, A071763, A129743, A193126, A193127, A193128, A193129, A193130, A193131, A193132, A193133, A193134, A193135, A193136, A193137, A193148, A193149, A193150, A193151, A193152, A193153, A193154 在 "整数序列在线百科全书" 中。Trent, H. "关于连通线性图中所有可能树的枚举和列举的注释。" Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 40, 1004-1007, 1954.West, D. B. 图论导论,第二版。 英格尔伍德悬崖,新泽西州:Prentice-Hall, 2000.Zheng

在 Wolfram|Alpha 上被引用

生成树

请引用为

Weisstein, Eric W. "生成树。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/SpanningTree.html

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