2.4 Souvislost a izomorfismus

Definice 2.25 (Souvislý graf)

Graf $G$ je souvislý, jestliže v něm pro každé jeho dva vrcholy $u$, $v$ existuje $u$ - $v$-cesta.

Jinak je $G$ nesouvislý.

Obrázek 2.6: Příklad souvislého grafu (nalevo) a nesouvislého (napravo)
Definice 2.26 (Souvislé komponenty)

Indukovaný podgraf $H$ grafu $G$ je souvislou komponentou, pokud

  1. je souvislý

  2. neexistuje žádný souvislý podgraf $F$, $F \neq H$, grafu $G$ takový, že $H \subseteq F$

(Souvislá komponenta je tedy v inkluzi maximální souvislý podgraf grafu $G$.)

Pozorování 2.5

Graf je souvislý právě tehdy, když obsahuje jedinou souvislou komponentu

Definice 2.27 (Symetrizace orientovaného grafu)

Symetrizace orientovaného grafu $G = (V,E)$ je neorientovaný graf $\text{sym}(G) = (V,E')$, kde ${u,v} \in E'$ právě tehdy, když $(u,v) \in E$ nebo $(v, u) \in E$

Definice 2.28 (Slabě souvislý graf)

Orientovaný graf $G = (V,E)$ nazveme slabě souvislý, pokud je souvislá jeho symetrizace $\text{sym}(G)$

Definice 2.29 (Silně souvislý graf)

Orientovaný graf $G = (V,E)$ nazveme silně souvislý, pokud pro každé dva vrhcolý $u,v \in V$ existuje v $G$ orientovaná cesta z $u$ do $v$ a současně orientovaná cesta z $v$ do $u$.

Obrázek 2.7: Silně souvislý graf
Definice 2.30 (Izomorfismus grafů)

Nechť $G$ a $H$ jsou dva grafy.

Funkce $f: V(G) \to V(G)$ je izomorfismus grafů $G$ a $H$, pokud

  1. $f$ je bijekce

  2. $(\forall u,v \in V(G))({u,v} \in E \iff {f(u), f(v)} \in E(H))$

Definice 2.31 (Izomorfní grafy)

Dva grafy $G$ a $H$ jsou izomorfní, pokud existuje izomorfismus grafu $G$ a $H$

Tento fakt značíme $G \simeq H$

Poznámka 2.4

Problém rozhodout, zda dva grafy stejné velikosti jsou izomorfní je výpočetně obžížný.

Avšak pro některé třídy grafů je efektivně řešitelný.

Definice 2.32 (Automorfismus grafů)

Automorfismus grafu $G$ je izomorfismus se sebou samým, tedy funkce $f : V(G) \to V(G)$ taková že,

  1. $f$ je bijekce

  2. $(\forall u,v \in V(G))({u,v} \in E \iff {f(u), f(v)} \in E(H))$

Poznámka 2.5

Neformálně řečeno: Automorfismus je permutace vrcholů, zachovávající býti hranou.

Automorfismy ukazují symetri grafu.

Množství automorfismů tedy ukazuje na míru pravidelnosti grafu.

Pozorování 2.6

Na $n\text{-prvkové}$ množině vrcholů $V$ je právě $2^{n \choose 2}$ různých grafů

Navzájem neizomorfních grafů na $V$ je méně