۲۰ امتحان نهایی / نمونه سؤال گسسته / گراف
همبند، بی‌دور، فراگیر

نمونه سؤال درخت گراف؛
همهٔ رأس‌ها متصل‌اند و هیچ دوری وجود ندارد

درخت را با دو شرط اصلی می‌شناسیم: همبند و بدون دور است. رابطهٔ تعداد یال‌ها با رأس‌ها ابزار قدرتمندی است، اما باید همراه شرط مناسب به کار رود.

T(V,E)

کارت تعریف

برای گراف ساده

درخت = همبند و بی‌دور | درخت با n رأس، n−1 یال دارد | درخت فراگیر همهٔ رأس‌های گراف اصلی را نگه می‌دارد.

آموزش کامل در راهنمای درخت و درخت فراگیر آمده است.

بخش اول؛ تشخیص درخت

سؤال ۱

یک درخت با ۸ رأس چند یال دارد؟

پاسخ تشریحی

درخت با n رأس، n−1 یال دارد؛ پس ۷ یال.

سؤال ۲

گراف ساده‌ای با ۷ رأس و ۶ یال همبند است. آیا درخت است؟

پاسخ تشریحی

بله. گراف سادهٔ همبند با n−1 یال درخت است؛ اینجا ۶=۷−۱.

سؤال ۳

گرافی با ۴ رأس شامل یک مثلث و یک رأس جداست. سه یال دارد. چرا با وجود n−1 یال، درخت نیست؟

پاسخ تشریحی

گراف همبند نیست و بخش مثلث نیز دور دارد. رابطهٔ n−1 به‌تنهایی بدون شرط همبندی برای تشخیص درخت کافی نیست.

سؤال ۴

گراف همبندی با ۶ رأس و ۷ یال می‌تواند درخت باشد؟

پاسخ تشریحی

خیر. درخت ۶ رأسی باید ۵ یال داشته باشد. وجود ۷ یال در یک گراف همبند ساده نشان می‌دهد یال‌های اضافی و دست‌کم یک دور وجود دارد.

بخش دوم؛ ویژگی‌های ساختاری

سؤال ۵

چرا میان هر دو رأس یک درخت دقیقاً یک مسیر ساده وجود دارد؟

پاسخ تشریحی

همبندی وجود دست‌کم یک مسیر را تضمین می‌کند. اگر دو مسیر سادهٔ متفاوت وجود داشت، ترکیب آن‌ها یک دور می‌ساخت و با بی‌دوربودن درخت ناسازگار بود.

سؤال ۶

با افزودن یک یال میان دو رأس غیرمجاور یک درخت چه رخ می‌دهد؟

پاسخ تشریحی

پیش از افزودن، میان دو رأس یک مسیر یکتا وجود دارد. یال تازه همراه همان مسیر یک دور یکتا می‌سازد.

سؤال ۷

حذف هر یال از یک درخت چه اثری دارد؟

پاسخ تشریحی

درخت قطع می‌شود و به دو مؤلفه تبدیل می‌گردد؛ زیرا برای دو سر آن یال مسیر جایگزین وجود ندارد.

سؤال ۸

درختی با ۵ رأس درجه‌های ۳، ۲، ۱، ۱ و ۱ دارد. تعداد برگ‌ها و کنترل مجموع درجه‌ها را بنویس.

پاسخ تشریحی

رأس‌های درجهٔ یک برگ‌اند؛ پس ۳ برگ. مجموع درجه‌ها ۸ است و با ۲(n−1)=۲×۴=۸ سازگار است.

بخش سوم؛ درخت فراگیر

گراف G

رأس‌ها: A,B,C,D,E | یال‌ها: AB, AC, BC, CD, DE

سؤال ۹

چرا G درخت نیست؟

پاسخ تشریحی

یال‌های AB، AC و BC دور A-B-C-A را می‌سازند. گراف همبند است، اما شرط بی‌دوربودن را ندارد.

سؤال ۱۰

یک درخت فراگیر G بنویس.

پاسخ تشریحی

برای نمونه یال‌های AB، AC، CD و DE. همهٔ پنج رأس حفظ شده‌اند، چهار یال داریم، گراف همبند است و دور ندارد.

سؤال ۱۱

چند درخت فراگیر متفاوت با حذف فقط یک یال از G به دست می‌آید؟

پاسخ تشریحی

برای شکستن دور سه‌تایی می‌توان یکی از AB، AC یا BC را حذف کرد؛ CD و DE برای اتصال D و E لازم‌اند. پس ۳ درخت فراگیر به این روش به دست می‌آید.

سؤال ۱۲

آیا یک گراف ناهمبند می‌تواند درخت فراگیر داشته باشد؟

پاسخ تشریحی

خیر. درخت فراگیر باید همهٔ رأس‌ها را در یک زیرگراف همبند نگه دارد و فقط از یال‌های موجود استفاده کند؛ میان مؤلفه‌های جدا یالی برای اتصال وجود ندارد.

خودتصحیح

  • همبندی و نبود دور را جدا بررسی کردم.
  • رابطهٔ n−1 را بدون شرط به کار نبردم.
  • برگ را از درجهٔ یک تشخیص دادم.
  • در درخت فراگیر همهٔ رأس‌ها را نگه داشتم.
  • پس از حذف یال دور، همبندی را دوباره کنترل کردم.

برای پایه‌های گراف، راهنمای رأس، یال و مسیر را مرور کن.