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

Стая товарищей Стая товарищей

Повесть о том, что значит быть собакой, и о том, что значит быть человеком

Наука и жизнь
Кундалини-йога для начинающих – первый шаг к гармонии Кундалини-йога для начинающих – первый шаг к гармонии

Если вы нуждаетесь в успокоении и самоконтроле кундалини-йога для вас!

Cosmopolitan
Летающий мопед Летающий мопед

Автожиры: полет над вулканом и не только.

Популярная механика
Мортира Маллета: как создавали гигантское орудие войны Мортира Маллета: как создавали гигантское орудие войны

Талантливый инженер Роберт Маллет создал самую большую мортиру

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

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
Брак в 15 лет и смерть от чумы: кем на самом деле была Нефертити Брак в 15 лет и смерть от чумы: кем на самом деле была Нефертити

Нефертити — одна из самых известных фигур в истории Древнего Египта

Cosmopolitan
Великое переселение лошадей Великое переселение лошадей

Эту историю я обнаружил, изучая подшивку журнала «Нива» за 1901 год

Наука и жизнь
20 лучших благотворительных фондов богатейших россиян. Рейтинг Forbes 20 лучших благотворительных фондов богатейших россиян. Рейтинг Forbes

Второй рейтинг 20 благотворительных фондов богатейших российских бизнесменов

Forbes
Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
О мой бог: знаменитые российские мужчины старше 50 лет с безупречным телом О мой бог: знаменитые российские мужчины старше 50 лет с безупречным телом

Посмотрим, кто из звезд за 50 может дать фору молодым артистам

Cosmopolitan
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
«Очень приятно позволить себе покупать то, что хочется». Вера Брежнева о том, как изменилось отношение женщин к украшениям «Очень приятно позволить себе покупать то, что хочется». Вера Брежнева о том, как изменилось отношение женщин к украшениям

Вера Брежнева стала амбассадором ювелирной компании Mercury

Forbes
Остров сокровищ Остров сокровищ

Алмазные старатели Борнео

Вокруг света
Сотворение Де Ниро Сотворение Де Ниро

Корреспондент Esquire отправился на встречу с Робертом Де Ниро

Esquire
«Скелеты в шкафах» союзников «Скелеты в шкафах» союзников

Негласный запрет на темы, которые могли «всплыть» в ходе суда над нацистами

Дилетант
История Page Six — главного ресурса сплетен и инсайдов в США История Page Six — главного ресурса сплетен и инсайдов в США

Page Six — влиятельный ресурс, который задал правила игры более 40 лет назад

Esquire
Блеск и нищета Блеск и нищета

Что мы делаем с деньгами, а они с нами?

Psychologies
Значение одной улыбки: как важно делиться хорошими новостями Значение одной улыбки: как важно делиться хорошими новостями

Делиться «маленькими» хорошими новостями очень важно

Psychologies
Безупречный мерзавец Безупречный мерзавец

Гётевский Мефистофель изящен, остроумен, парадоксален

Дилетант
«Не развела, а создала». Как содержанка учит женщин выпрашивать деньги у незнакомцев «Не развела, а создала». Как содержанка учит женщин выпрашивать деньги у незнакомцев

История предприимчивой содержанки-коуча

СНОБ
Поход Жанны Поход Жанны

It girl и дизайнер Жанна Дамас написала книгу «В Париже»

Vogue
Ноам Хомский: Часы судного дня Ноам Хомский: Часы судного дня

Отрывок из книги Ноама Хомского «Кто правит миром?»

СНОБ
Системный администратор Системный администратор

Почему айтишники считают премьера Михаила Мишустина главным CIO страны

Forbes
Как кутежи и вспышки гнева разрушили брак Владимира Высоцкого и Марины Влади Как кутежи и вспышки гнева разрушили брак Владимира Высоцкого и Марины Влади

С чего началась и чем завершилась самая романтическая история прошлого века

Cosmopolitan
От круиза в Антарктику до умного бюстгальтера: что подарили номинантам на «Оскар» в наборе стоимостью $215 000 От круиза в Антарктику до умного бюстгальтера: что подарили номинантам на «Оскар» в наборе стоимостью $215 000

Кто и зачем оплачивает звездам дорогостоящие подарки на «Оскаре»?

Forbes
Не последние солдаты Не последние солдаты

Генерал-майор и правозащитник рассказывают о чеченском конфликте

Русский репортер
Как повар-самоучка попал на кухню ресторана с тремя звездами «Мишлен» и изобрел парящий в воздухе десерт Как повар-самоучка попал на кухню ресторана с тремя звездами «Мишлен» и изобрел парящий в воздухе десерт

Майк Багал попал в ресторанный бизнес случайно — не нашел работу и стал поваром

Forbes
«В НАСА никому нет дела до твоего пола». Как астронавт Анна Фишер стала одной из первых женщин, полетевших в космос «В НАСА никому нет дела до твоего пола». Как астронавт Анна Фишер стала одной из первых женщин, полетевших в космос

Анна Фишер о том, почему ключевые посты в управлении НАСА заняли именно женщины

Forbes
Знак качества Знак качества

Мы встретились с Шурой Би-2 и Лёвой Би-2 во время фестиваля Live Fest

OK!
Близкие, которых мы выбираем Близкие, которых мы выбираем

Друзья-товарищи – опоры нашей жизни, в гораздо большей степени, чем мы сознаем

Psychologies
Открыть в приложении