随想|程序如何辅助数学证明

littledai Lv3

问题介绍

一.子图和(subgraph)和诱导子图(induced subgraph)

设和是两个图,其中表示顶点集合,表示边集合。


1. 子图(Subgraph)的定义

图是图的一个子图,当且仅当满足:

  • ;
  • ,且每条边必须满足。

即子图是从图中选取部分顶点和部分边构成的图。


2. 诱导子图(Induced Subgraph)的定义

若给定图和顶点子集,则由所诱导的子图定义为:

  • ;
  • 。

即包含中以为端点的所有边。

这样的被称为在上的诱导子图,或简称为诱导子图。

如果图不包含某个图作为诱导子图,则称是 -free 的。


3. 举例(Example)

  • 图 1 是图 2 的一个诱导子图:它由图 2 中某些顶点及其所有相关联边组成。
  • 图 3 是图 2 的一个子图,但不是诱导子图,因为顶点和在图 2 中是相邻的,而图 3 中省略了这条边。

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二. 爪型图(claw)

爪形图 是一个含有四个顶点的无向图,记作,它是一个星形图,包含:

  • 一个中心顶点,
  • 三个与中心顶点相连的叶子顶点,
  • 且三个叶子顶点之间没有边相连。

即邻接关系为:

但与(其中)之间无边。

三.邻接矩阵

设图是一个有个顶点的图(无向图或有向图),记顶点集合为。则邻接矩阵是一个的矩阵,其中:

  • 对于无向图:

若顶点和之间有一条边否则

注: 若图是带权图,则邻接矩阵中可以将 1 替换为相应的权值,无边则仍为 0 或其他标志(如表示不可达)

四. 用程序辅助检查有限情形

我为这个问题写了一个 MATLAB 程序:Max-vertices-in-rank-r-claw-free-graph。程序用邻接矩阵表示图,从给定图出发计算满足条件的加点结果,并筛掉含复制点的重复情形,帮助找出星补最多还能添多少个点。

它在证明中的作用,是把有限范围内繁琐、容易漏掉的图情况交给程序系统检查:结果可以用来核对手工推导、寻找极值构型或反例。程序验证的是设定范围内的枚举结果;要把结论推广为一般定理,还需要数学证明说明枚举覆盖了所有情形,并论证程序所检查的条件与定理条件一致。

  • 创建于 : 2023-12-06 21:08:17
  • 更新于 : 2026-10-15 15:16:13
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