设S是一个集合,S1,S2,…,St是S的子集.如果
1. S1,S2,…,St都不是空集;
2. S=S1∪S2∪…St;
则称S1,S2,…,St是S的一个划分.
设G是一个图.如果V(G)可以划分为两个集合X和Y,使得对每一个边总有一个端点落入X,一个端点落入Y,那么我们就说图G是一个二部图,记作G[X,Y],并且称划分X,Y是G的一个二部划分,X和Y是它的两个分部.
- 设G[X,Y]是二部图,那么G[X]与G[Y]显然是空图,换言之,G的所有边都落在X和Y之间,而X内部和Y的内部都没有边.
- 长度为奇数的圈称为奇圈;长度为偶数的圈为偶圈.
- 设u,v是图G上两个顶点,连接u,v的最短路的长度叫做u,v之间的距离,记作dist(u,v).
性质1. 偶圈和路是二部图,奇圈不是二部图.
证明. (1)设P=v1v2…vn是一条路.令所有与v1的距离为偶数的顶点构成集合X,所有与v1的距离为偶数的顶点构成集合Y.那么X,Y显然是V(P)的一个划分,而且X={v2,v4,…},Y={v1,v3,…},这显然是一个二部划分.
(2)设C=v1v2…v2k是一个偶圈.设P=G∖v2kv1,显然P是一条路.按(1)的方法可以将V(P)划分为X,Y使得X,Y是P的一个二部划分.按照(1)的方法,X={v2,v4,…,x2k},Y={v1,v3,…,v2k−1}.再将边v2kv1加回来,容易看出X,Y也是C的一个二部划分.
(3)设C=v1v2…v2k+1是一个奇圈.假设C有二部划分X,Y.不妨设v1∈Y,那么显然在C上与v1的距离为偶数的顶点都落在Y中,所有与v1距离为奇数的顶点都落在X中.注意:vk和vk+1与v1的距离都是k(v1到vk的最短路是v1v2…vk,v1到vk+1的最短路是v1v2k+1v2k…vk+1),所以vk与vk+1要么同时落入X要么同时落入Y,但vkvk+1∈E(C),矛盾. □
性质2. 图G是二部图当且仅当G没有奇圈.
证明. (⇒) 设G是二部图.假设G有奇圈,那么由性质1可得G不是二部图,矛盾.
(⇐) 不妨设G是连通图(否则取其连通分支),且非平凡.设G没有奇圈.任取y∈V(G),设G中所有与y距离为偶数的顶点构成的集合为Y,所有与y距离为奇数的顶点构成的集合为X.显然X,Y是V(G)的一个划分.以下只需证明:X中任意两顶点不连边,Y中任意两顶点也不连边.
任取X中两个顶点x1,x2,那么x1和y之间存在长度为奇数的路P1,x2和y之间也存在长度为奇数的路P2.假设x1x2∈E(G),那么P1,P2和边x1x2构成一个奇数长的闭游走,奇数长的闭游走必然包含奇圈,矛盾.所以X中任意两顶点不连边,同理Y中任意两顶点不连边.□
推论3. 森林是二部图.□
- 设G是一个n阶简单图.如果G的任意两个顶点都相邻,那么G叫做==n阶完全图==,简称完全图,记作Kn.
性质4. e(Kn)=(2n)=2n(n−1).
注意:任何n阶简单图都可以看作是Kn的子图.
- 设G是n阶简单图,设H也是一个n阶图,其顶点集为V(H)=V(G),其边集E(H)=E(Kn)∖E(G),则称H是G的补图.G的补图记作G.
设G[X,Y]是一个简单的二部图.如果对于任意x∈X和任意y∈Y,x,y总是相邻的,则称G[X,Y]是完全二部图;特别地,如果∣X∣=m, ∣Y∣=n,那么这个完全二部图记作Km,n.
- K1,t是一种特殊的树,称为 t-星
性质5. e(Km,n)=mn.