Знаете ли вы, что подтолкнуло Леонарда Эйлера к созданию основ теории графов

Наука и жизньНаука

Пути и маршруты

Дмитрий Максимов

Город Кёнигсберг (Matthäus Merian 1650), Zedlers Universal-Lexicon, Band XV (K). Иллюстрация: www.hs-augsburg.de/bibliotheca Augustana

Мосты Кёнигсберга и Эйлеров путь

Знаете ли вы, что подтолкнуло английского математика Леонарда Эйлера к созданию основ теории графов? Ответ может показаться неожиданным: поиск решения задачи, связанной с мостами города Кёнигсберга.

Кёнигсберг (ныне Калининград) возник в XIII веке как три независимых поселения на островах и берегах реки Преголи. Он расположен между Польшей и Литвой на берегу Балтийского моря. Постепенно между поселениями налаживались активные торговые связи (хотя не обходилось и без военных конфликтов), поэтому возникла необходимость более тесного взаимодействия. В XIV веке началось строительство сразу нескольких мостов, и к концу XV столетия их было уже семь. Во многом благодаря мостам три независимых поселения слились в один большой город. Мосты стали его достопримечательностью, на них устраивали празднования, карнавалы, религиозные шествия.

Однажды местный житель, имени которого мы не знаем, задался вопросом: можно ли совершить прогулку по всему городу, пройдя по каждому мосту ровно один раз? Задача приобрела большую популярность, её задавали прибывшим в Кёнигсберг туристам и обязательно говорили о том, что такой маршрут есть — нужно только очень постараться его найти. Горожане, конечно, знали, что побывать во всех частях города, пройдя по каждому мосту всего один раз, невозможно. В этом легко было убедиться, просто перебирая разные маршруты.

Я. Э. Хандманн. Портрет Леонарда Эйлера. 1756 год. Иллюстрация: Wikimedia Commons/PD

В 1730 году задачей про мосты Кёнигсберга заинтересовался Леонард Эйлер (1707—1783), который решил её обобщить и найти ответ на вопрос: при каком условии мосты и острова образуют такую конфигурацию, что посетить каждый мост всего один раз можно, а при каком — нельзя? Эйлер задумался: о каком, собственно, математическом объекте идёт речь в этой задаче? Подходящих объектов, описывающих подобные ситуации, он не знал и придумал новый — граф.

Что такое граф? Это набор точек (они называются вершинами графа), некоторые из которых соединены линиями (не обязательно прямолинейными отрезками), называемыми рёбрами графа. Отметим, что геометрические свойства этих линий — прямые они или кривые, пересекаются или нет — не влияют на свойства графа. Важно лишь то, какие именно вершины с какими соединены.

Приведём наглядный пример. Представим себе нескольких человек — они будут вершинами графа. Если двое из них знакомы, будем считать, что их связывает ребро. Изображать граф можно разными способами хотя бы потому, что люди, например, могут находиться в разных местах. Граф будет получаться один и тот же, даже если картинка меняется. Например, если четыре человека знакомы друг с другом, то граф, соответствующий этой ситуации, можно изобразить разными способами: как квадрат с диагоналями и как треугольник с точкой внутри (рисунок слева). Картинки получаются совершенно разными, но граф, изображённый на них, один и тот же. Это полный граф с четырьмя вершинами (полными называются графы, в которых присутствуют все возможные рёбра).

Полный граф с четырьмя вершинами в виде: квадрата с диагоналями (слева) и треугольника с точкой внутри (справа).

Другой пример графа, с которым знакомо большинство читателей, — карта авиалиний. Вершины его — города, а рёбра — рейсы некоторой связывающей их авиакомпании. Такой граф обычно представлен на её сайте или в рекламном буклете. По карте легко узнать, какими маршрутами можно долететь из одного города в другой.

Но вернёмся к решению задачи о мостах. Эйлер представил карту мостов в виде графа: рёбра — мосты, а острова и берега — вершины. Правда, некоторые пары вершин получившегося графа оказались соединены двумя рёбрами (такие рёбра называются кратными), но это не важно. Для каждой вершины — вслед за Эйлером — посчитаем количество выходящих из неё рёбер. Такое число называется степенью вершины. У вершин B, C и D степень равна трём, а у вершины A — пяти.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Грозовой реактор Грозовой реактор

Физики обнаружили, что грозы порождают в атмосфере позитроны и изотопы

Наука и жизнь
Запах женщины Запах женщины

В чем секрет неиссякаемого потока энергии и энтузиазма Антонио Бандераса

Grazia
Смерть бессильного вождя Смерть бессильного вождя

Это был лидер страны, у которого из средств общения осталась только мимика

Дилетант
Страна 30 Страна 30

Esquire публикует новый рассказ писателя Алексея Сальникова – «Страна 30»

Esquire
Мой Сталинград Мой Сталинград

Когда началась война, я была студенткой мединститута

Наука и жизнь
10 знаменитостей, которых опасно искать в интернете 10 знаменитостей, которых опасно искать в интернете

Рассказываем, кого следует искать с наибольшей осторожностью

РБК
В поиске космических катастроф. Вахта телескопов-роботов В поиске космических катастроф. Вахта телескопов-роботов

Оптические телескопы системы МАСТЕР помогают астрономам разных стран

Наука и жизнь
Как зайти в биос на ноутбуке HP? Как зайти в биос на ноутбуке HP?

Каждый уважающий себя пользователь должен уметь заходить в БИОС

CHIP
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
В России создали биоволокно для высвобождения лекарств В России создали биоволокно для высвобождения лекарств

Российские ученые доказали возможность совмещения двух несмешивающихся компонент

Популярная механика
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
Король, отказавшийся от короны Король, отказавшийся от короны

Наиболее известным лидером крестоносцев считается Готфрид Бульонский

Дилетант
Пограничное состояние, или текс, мекс и индейцы Пограничное состояние, или текс, мекс и индейцы

Никакие пограничные посты не смогут разделить людей одной культуры

Вокруг света
Как заправить газовую зажигалку: самая простая пошаговая инструкция Как заправить газовую зажигалку: самая простая пошаговая инструкция

Пора освоить новый полезный скилл

Playboy
Достучаться до небес Достучаться до небес

Заключенный концлагеря угоняет с их секретной военной базы бомбардировщик

Вокруг света
Два бриллианта в три карата: у кого из звезд были самые дорогие  украшения на «Оскаре-2020» Два бриллианта в три карата: у кого из звезд были самые дорогие  украшения на «Оскаре-2020»

На 92-й церемонии вручения наград Американской академии бал правили бриллианты

Forbes
Опережая время. Погоня за Le Train Bleu Опережая время. Погоня за Le Train Bleu

В первой половине ХХ века инженер Уолтер Оуэн Бентли преследовал свою мечту

Esquire
3 функции, которые есть только на Android 3 функции, которые есть только на Android

У системы от Google еще есть пара фишек, которые пока не появились у Apple

CHIP
Познание тьмы Познание тьмы

Как люди убедились, что черные дыры реальны

Вокруг света
Одинаковы с лица: тест двух французских кроссоверов Одинаковы с лица: тест двух французских кроссоверов

Могут ли два автомобиля одной марки и одной модели вести себя по-разному?

Популярная механика
Тупик Собянина: почему попытки повторить московскую реновацию обречены на провал Тупик Собянина: почему попытки повторить московскую реновацию обречены на провал

Российский проект реновации не может строиться по московской модели

Forbes
«Грязь может запутать камеры». Как распознают нечитаемые номера «Грязь может запутать камеры». Как распознают нечитаемые номера

Зимой камеры часто ошибаются, но надеяться на слой грязи на номерах не стоит

РБК
Доктор технических наук Максим Железнов: Аварии на железной дороге можно предотвратить с помощью космического наблюдения Доктор технических наук Максим Железнов: Аварии на железной дороге можно предотвратить с помощью космического наблюдения

Максим Железнов — о том, зачем следить за поездами из космоса

СНОБ
6 «очистков» овощей и фруктов, которые не стоит выбрасывать (они полезные и вкусные) 6 «очистков» овощей и фруктов, которые не стоит выбрасывать (они полезные и вкусные)

Ты зря недооценивал эти «запчасти»!

Playboy
Google начнет блокировать рекламу. Даже собственную Google начнет блокировать рекламу. Даже собственную

Невыносимо омерзительное количество рекламы в интернете утомило даже Google

Популярная механика
«А ты нормальный парень»: как завоевать авторитет на новой работе с помощью нетворкинга и пирожных «А ты нормальный парень»: как завоевать авторитет на новой работе с помощью нетворкинга и пирожных

Почему идти через голову непосредственного начальства — плохая идея

Forbes
Жить с раком без чувства вины Жить с раком без чувства вины

Отрывок из книги «Правила ведения боя. #победитьрак»

Psychologies
Кардиотренажеры, какой выбрать для дома: плюсы и минусы разных вариантов Кардиотренажеры, какой выбрать для дома: плюсы и минусы разных вариантов

С помощью кардио можно увеличить выносливость и укрепить сердечную мышцу

CHIP
И жили они недолго и несчастливо: как мечты об идеальном браке рушат семьи И жили они недолго и несчастливо: как мечты об идеальном браке рушат семьи

Бессмысленно спорить о том, нужен ли брак современной женщине

Cosmopolitan
Мерс Каннингем: жизнь в 3D Мерс Каннингем: жизнь в 3D

Главный редактор «Сноба»посмотрел фильм и пообщался с его автором

СНОБ
Открыть в приложении