Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
136
Добавлен:
28.03.2015
Размер:
740.86 Кб
Скачать

§ 18. Примеры матроидов

Рассмотрим некоторые примеры матроидов.

1. Пара (Е, {E}), где Е — конечное непустое множество, является матроидом, единственной базой которого служит само множество Е. Этот матроид называется свободным (или дискретным). Циклов свободный матроид не имеет, всякое подмножество Х Е независимо, а (Х)=|Х|.

Двойственный к свободному — тривиальный матроид (Е, { Ø }), единственной базой которого является пустое множество. Очевидно, что Ø служит единственным независимым множеством тривиального матроида; его циклы — все одноэлементные подмножества множества Е; (X) = 0 для любого Х Е.

2. Пусть L — линейное пространство над произволь­ным полем F, E L — конечное непустое подмножество, I — множество, элементами которого служат все линейно независимые над F системы векторов из Е и пустое мно­жество. Тогда пара (Е, I) является матроидом с набо­ром независимых множеств I (этот факт вытекает из известной в линейной алгебре теоремы Штейница о за­мене). Такой матроид называется векторным матроидом, порожденным множеством векторов Е. Базами этого мат­роида служат все базы множества Е. Если же в Е нет баз, т. е. если Е = {0}, то единственной базой векторного матроида является пустое множество, т. е. он тривиален. Ранг векторного матроида равен рангу множества Е, т. е. размерности подпространства, порожденного мно­жеством Е.

В частности, взяв в качестве Е множество векторов, являющихся столбцами (строками) какой-либо матрицы А, получим матричный матроид, или матроид столбцов (строк) матрицы А. Ранг этого матроида равен рангу матрицы А.

В качестве иллюстрации рассмотрим матроид M столб­цов матрицы

Обозначив i-й столбец этой матрицы через ei (i=1,2,3,4), получим Е = {е1, e2, e3, e4}, ρ(М) = rank A = 3. Перебирая все максимальные линейно независимые системы столб­цов матрицы А, обнаружим, что матроид М имеет ровно 3 базы: B1 ={e1, e2, e3}, B2 ={e1, e2, e4), B3 = {e1, e3, e4}. Зависимых множеств 2: Е и {e2, е3, e4}, причем последнее множеству служит единственным циклом матроида М. Кобазы: 1 = {е4}, 2 = {е3}, 3 = {e2}. Козависимые мно­жества: {е1} и каждое подмножество в Е, содержащее более одного элемента. Коциклы: {е1}, (е2, е3}, {е2, e4}, {е3, е4}.

3. Пусть G — произвольный граф. Определим матро­ид M(G) = (E, β) на множестве E = EG, объявив базами множества ребер всех остовов графа G, т. е. β = {ЕН: Н—остов G). Из утверждения 13.8 вытекает, что аксио­мы баз в этой ситуации действительно выполняются. По­скольку каждый подграф графа G, являющийся лесом, содержится в некотором остове (утверждение 13.7), то независимыми множествами в M(G) служат множества ребер подграфов в G, являющихся лесами, и только они. Циклы матроида M(G) — это множества ребер простых циклов графа G. Если n(G), m(G), к(G) — числа вершин, ребер и компонент графа G соответственно, то

т.e. ранг и коранг матроида M(G) равны, соответственно, коциклическому рангу и циклическому рангу графа G.

Если В — множество всех ребер какого-либо остова графа G, то множество EG\B называется коостовом. Подмножество UEG называется разделяющим множеством графа G, если число компонент графа GU больше, чем число компонент G. Минимальное относительно включения разделяющее множество называется разрезом. Кобазами в M(G) служат коостовы графа G. Из утверждения 17.2 непосредственно вытекает, что козависимые множества в M(G) — это разделяющие множества графа G, а коциклы — это разрезы. Поэтому между свойствами простых циклов и разрезов графа существует большая анало­гия. Эта аналогия и явилась одной из причин возникно­вения понятия «матроид».

Матроиды M(G) и M*(G) называются матроидом циклов {циклическим матроидом) и матроидом разрезов (коциклическим матроидом) графа G соответственно.

Рассмотрим, например, циклический матроид M(G) графа G, изображенного на рис. 18.1. Для этого матроида Е = {е1, е2, е3, е4}. Он имеет ровно три базы: В1 = {е1, е2, е4}, В2 = {e1, е3, е4}, В3 = {е2, е3, e4}. Единственным его циклом служит множество {е1, е2, е3}. Кобазы: 1 = {е3}, 2 = {е2}, 3 = {е1); коциклы: {е1, е2}, {е1, е3}, {е2, е3}, (e4}.

Очевидно, что для любого дерева Т циклический мат­роид М(Т) свободен, а М*(Т) тривиален.

Вернемся к произвольным графам. Применяя уста­новленные выше утверждения о свойствах баз, независи­мых множеств и циклов матроида к матроидам M(G) и M*(G), получим следующие утверждения о графах. Каждое из них несложно доказать непосредственно, од­нако здесь вскрывается их общая сущность.

Утверждение 18.1. Пусть F и Н — ациклические подграфы графа G и |EF|<|EH|. Тогда существует такое подмножество ХЕН, что граф F` = F + X также является ациклическим и |EF`| = |ЕН|.

Утверждение 18.2. Если D1 и D2 — несовпадаю­щие разрезы в графе G, имеющие общее ребро е, то мно­жество ребер (D1 D2)\e является разделяющим.

Утверждение 18.3. Для любого непустого ацик­лического подграфа F графа G существует разрез в G, имеющий с F ровно одно общее ребро.

Утверждение 18.4. Число общих ребер любого простого цикла и любого разреза графа отлично от 1.

Замечание. Очевидно, что в формулировках ут­верждений 18.1—18.4 может фигурировать произвольный псевдограф, а не только простой граф.

Соседние файлы в папке Emelichev_V_A_Melnikov_O_I_Sarvanov_V_I_T