Планарные графы (1 ноября 2016)
- [20 минут] Определения, теоремы
- Планарный граф, плоский граф
- Укладка на плоскости − то же, что и укладка на сфере. Любую грань можно сделать внешней.
- Теорема Эйлера. E+K+1=V+G. Следствие. E ≤ 3V-6. Док-во: у каждой грани хотя бы 3 ребра. Поэтому E ≥ 1.5*G...
- Алгоритмическое следствие: во всех алгоритмах на планарных графах E = O(V).
- Теорема Куратовского [1930]: граф планарен iff, не содержит подграфов гомеоморфных K3,3 или K5
- Теорема Вагнера (аналог Куратовского) [1937]: граф планарен iff, не содержит подграфов стягиваемых к K3,3 или K5.
- Пример с K5 с раздвоенной вершиной (Вагнер и Куратовский − не одно и то же: Вагнер видит K5, Куратовский K3,3)
- Теорема Фари [1948]: любой планарный граф можно уложить с использованием только прямых отрезков.
- [skipped] Теорема Фари: доказательство по индукции.
- Schnyder [1989]: любой планарный граф при V ≥ 3 можно уложить с использованием только прямых отрезков на гриде размера (V-2)×(V-2). Укладку можно найти за O(V).
- [5 минут] Алгоритмы укладки
- Demoucron [1964], O(n2)
- Tarjan, Hopcroft [1974], O(n)
- Simply O(n): Ulrik Brandes [2011]; LR-Planarity-Testing; Boyer and Myrvold [2004]
- Tutte Spring Theorem [1963]: любой трёхсвязный планарный граф однозначно укладывается на плоскость таким образом, что каждая его грань, включая внешнюю, − выпуклый многоугольник, а любая внутренняя вершина − центр масс соседей.
- [10 минут] Tutte Spring Theorem
- Делаем граф трёхсвязным и триангулируем его
- Алгоритм укладки: уложить как угодно внешнюю грань, любая другая вершина лежит в центре масс соседей.
- Убираем лишние рёбра
- Гаусс и метод итерации для решения систем линейных уравнений.
- [30 минут] Алгоритм Демукрона
- Нарисовали цикл, выделили компоненты, укладываем компоненты независимо
- Укладка компоненты с внешним циклом: нарисовали любой путь путь, разбили цикл на два, компоненту на подкомпоненты, рекурсивно вызвались
- [skipped] [10 минут] Алгоритм выделение граней плоского графа
- [skipped] Данные: xi, yi, edges
- [skipped] Алгоритм за O(n): храним для каждого ребра next и reversed, dfs по непосещённым рёбрам
- [skipped] Внешняя грань