Остови графа
Визначення. Остовом або каркасом графа називається підграф
без циклів, що містить всі вершини
і максимально велике число ребер.
Якщо – зв’язний, то остов
є дерево, якщо
містить
компонент зв’язності, то остов (каркас)
складається з
дерев.
Два остови у вважаються різними, якщо вони відрізняються хоча б одним ребром, тобто як графи. Для того щоб
мав більше одного остова, необхідно і достатньо існування хоча б одного циклу в
.
Задача визначення числа всіх остовів графа і їх фактичного конструювання є важливою для застосувань. Зрозуміло, її достатньо розв’язати для зв’язного
. Для повного графа
без петель та кратних ребер перелічення остовів є перелічення всіх позначених дерев з
вершинами, так що число остовів дорівнює
. У загальному випадку число остовів одержав Кірхгоф у 1847 р.
Визначення. Матрицею Кірхгофа графа
без петель та кратних ребер називається
– матриця з елементами
Сума елементів у кожному рядку (і кожному стовпці) матриці дорівнює нулю. У будь-якої квадратичної матриці з такою властивістю рядків і стовпців, а не тільки у матриці Кірхгофа
, алгебраїчні доповнення
всіх елементів
рівні між собою:
.
У матриці ж величина
дорівнює числу остовних дерев.
Теорема 3. (Кірхгоф)Число остовних дерев у зв’язному графі без петель та кратних ребер з
вершинами(
) дорівнює алгебраїчному доповненню будь-якого елемента матриці Кіргхгофа
.
Наслідок. Справедлива формула Келі для числа позначених дерев з вершинами
.
Доведення.Всі позначені дерева з вершинами утворюють в точності множину остовних дерев повного графа
. За теоремою 3 їх число дорівнює алгебраїчному доповненню
елемента
матриці Кірхгофа
розміру .
Визначник порядку зручно перетворити, замінивши спочатку перший рядок сумою всіх рядків, а потім, додаючи одержаний рядок з одиниць до рядків з номерами
.