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

Анна Седокова Анна Седокова

Наверное, она уже привыкла к эпитетам «горячая», «аппетитная», «сочная»

Playboy
Тонуть по приказу: как топят корабли в военных целях Тонуть по приказу: как топят корабли в военных целях

Методика затопления кораблей в военных целях известна с античных времен

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

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
«Я всегда настоящая»: как зарабатывает самая сексуальная биатлонистка мира «Я всегда настоящая»: как зарабатывает самая сексуальная биатлонистка мира

Доротея Вирер успешно монетизирует спортивные победы и популярность в Instagram

Forbes
Археология в 2019 году: несколько интересных находок Археология в 2019 году: несколько интересных находок

Интересные археологические находки 2019 года

Наука и жизнь
Эффект матраса Эффект матраса

Как компания Askona совмещает бизнес и социальные аспекты предпринимательства

Эксперт
Чёрный передел: версия 1939 года Чёрный передел: версия 1939 года

Секретный протокол к Пакту о ненападении

Дилетант
Татьяна Бачинская: «У социально ответственных компаний и прибыль выше» Татьяна Бачинская: «У социально ответственных компаний и прибыль выше»

Компании тоже умеют делать по-настоящему важные социальные проекты

Русский репортер
Эйнштейн против Бора. Квантовая механика Эйнштейн против Бора. Квантовая механика

Со смертью Эйнштейна мир стал другим

Наука и жизнь
Серая футболка Абрамовича. Почему простая одежда стала символом успеха и прогресса Серая футболка Абрамовича. Почему простая одежда стала символом успеха и прогресса

Как мы перешли к осознанной моде и нужно ли теперь отказываться от брендов

Forbes
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
Крепкий орешек Крепкий орешек

Наталья Давыдова — о досадных ошибках на пути к идеальным ягодицам

Vogue
Распилить все поровну Распилить все поровну

Мадагаскар – одна из беднейших стран в мире

Вокруг света
Тест-драйв Renault Arkana. Лед и турбо Тест-драйв Renault Arkana. Лед и турбо

Зимняя проверка для мотора 1,3 с вариатором и полным приводом

РБК
Мечта шахтера Мечта шахтера

Эрни Форд не знал, что шахтерская песенка «Шестнадцать тонн» прославит его

Вокруг света
«Никогда, редко, иногда, всегда»: на «Берлинале» показали подростковую драму про аборт «Никогда, редко, иногда, всегда»: на «Берлинале» показали подростковую драму про аборт

О работе режиссера Элизы Хиттман — драме о девушке, собирающейся сделать аборт

Forbes
Нежные машины Люси Макрай Нежные машины Люси Макрай

Человек обречен на одиночество, но его утешат механические объятья

Популярная механика
Одна вокруг света. Турецкий каучсерфинг и дорога через снежный перевал Одна вокруг света. Турецкий каучсерфинг и дорога через снежный перевал

Самый высокий перевал в Ливане,болезнь и переправа в Турцию на грузовом корабле

Forbes
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Маленькая страна Маленькая страна

Словения миниатюрна и прекрасна, как изящная статуэтка

Добрые советы
Мария Бочкарёва. Крестьянка-поручица Мария Бочкарёва. Крестьянка-поручица

Мария Бочкарёва была из тех русских женщин, которые коня на скаку остановят

Дилетант
Женский день Женский день

Восьмое марта — это не только и не столько подарки и цветы

Vogue
Видеоигры с упорством ломятся на киноэкраны. Но зачем? Видеоигры с упорством ломятся на киноэкраны. Но зачем?

Кажется, экранизация видеоигр – не самый важный элемент для развития индустрии

GQ
Не делай так: 12 ошибок в стиле, которые прибавят лишних 10–20 лет Не делай так: 12 ошибок в стиле, которые прибавят лишних 10–20 лет

Составили для тебя топ того, что прибавит возраст кому угодно

Cosmopolitan
Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы

Huawei показала компоненты собственной цифровой интеллектуальной экосистемы

Популярная механика
Как помыть СВЧ-печь быстро и легко Как помыть СВЧ-печь быстро и легко

Несколько советов о том, как помыть микроволновку подручными средствами

Популярная механика
Экспорт зерна вновь хотят ограничить Экспорт зерна вновь хотят ограничить

Введение ежегодных квот на вывоз зерна может привести к убыткам производителей

Эксперт
Новая «Арктика» Новая «Арктика»

Атомоходы ЛК-60Я заменят ледоколы прошлых поколений

Популярная механика
Сколько пауков в день съедает человек: наука против мифов Сколько пауков в день съедает человек: наука против мифов

Каждый человек случайно проглатывает восемь пауков в год

Популярная механика
Курила по 3 пачки сигарет и весила 39 кг: чего еще мы не знаем об Одри Хепберн Курила по 3 пачки сигарет и весила 39 кг: чего еще мы не знаем об Одри Хепберн

В жизни Одри Хепберн были голод, безответная любовь и предательство

Cosmopolitan
Открыть в приложении