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
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
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
8 рецептов нестандартных блинов 8 рецептов нестандартных блинов

Креативный гений способен превратить блины в нечто воистину космическое

Maxim
Великое переселение лошадей Великое переселение лошадей

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

Наука и жизнь
Лучшие друзья девочек — виртуальные алмазы. Гид для родителей по соцсети Likee Лучшие друзья девочек — виртуальные алмазы. Гид для родителей по соцсети Likee

Likee сделано для лиц старше 16 лет, оно известно как «TikTok для маленьких»

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

Интересные археологические находки 2019 года

Наука и жизнь
Как петербургский стартап спас 1,5 тонны еды от помойки и заработал 4 млн рублей. Бизнес-план eatme Как петербургский стартап спас 1,5 тонны еды от помойки и заработал 4 млн рублей. Бизнес-план eatme

Основатель eatme: как превратить социальную инициативу в бизнес

Forbes
Грозовой реактор Грозовой реактор

Физики обнаружили, что грозы порождают в атмосфере позитроны и изотопы

Наука и жизнь
Корни скреп. Как из дела ЮКОСа вырос путинизм Корни скреп. Как из дела ЮКОСа вырос путинизм

Дело ЮКОСа столкнуло Россию на путь «суверенной демократии»

СНОБ
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
«Soprano Турецкого» об отношениях с мужчинами, амбициях и сексуальности «Soprano Турецкого» об отношениях с мужчинами, амбициях и сексуальности

Солистки «Soprano Турецкого» рассказали, как совмещают личную жизнь с работой

Cosmopolitan
Александр: империя за 12 лет Александр: империя за 12 лет

Блестящие военные победы царя Македонии перекроили карту античного мира

Дилетант
Forbes впервые оценил продажи в Рунете Forbes впервые оценил продажи в Рунете

Как изменились онлайн-магазины за последние несколько лет

Forbes
Унгерн-Штернберги Унгерн-Штернберги

Баронский род Унгерн-Штернберг восходит к XIII веку

Дилетант
Прекрасен их союз Прекрасен их союз

Самые крутые звездные пары, которые растопят ваши сердца

Grazia
Трансформируем транспорт — трансформируем жизнь Трансформируем транспорт — трансформируем жизнь

Устойчивая тенденция последних лет — развитие общественного транспорта

Наука и жизнь
Как правильно носить медицинскую маску, чтобы защитить себя от вирусов Как правильно носить медицинскую маску, чтобы защитить себя от вирусов

Отвечаем на популярные вопросы и рассказываем, как носить медицинскую маску

Cosmopolitan
План спасения План спасения

Если вам кажется, что мир обречен и ничего уже не исправить, вы не одиноки

Вокруг света
Распустили руки: знаменитые женщины, которые избивали своих мужчин Распустили руки: знаменитые женщины, которые избивали своих мужчин

От семейного насилия страдает и мужская часть населения

Cosmopolitan
Рогоносец: почему троллейбусы не путаются “рогами”? Рогоносец: почему троллейбусы не путаются “рогами”?

Пока этот динозавр не вымер, мы разобрались, как эта штука приходит в движение

Популярная механика
Амиран Муцоев: Самые успешные парки в мире находятся внутри городов Амиран Муцоев: Самые успешные парки в мире находятся внутри городов

Интервью с создателем тематического парка «Остров мечты»

СНОБ
Закатать в биобанку Закатать в биобанку

Кто и зачем в России собирает биологические материалы людей и животных

Русский репортер
Эпизод третий: бремя Бога, сигареты и Бродский Эпизод третий: бремя Бога, сигареты и Бродский

Курят ли в Ватикане, почему Ленни цитирует Бродского и как низложить кардинала

Esquire
«Возможностей, как в России, нигде нет»: создатель сырка «Б.Ю. Александров» об успехе, бизнесе на похудении и пропавшем Котлере «Возможностей, как в России, нигде нет»: создатель сырка «Б.Ю. Александров» об успехе, бизнесе на похудении и пропавшем Котлере

«Король глазированных сырков» Борис Александров рассказал о своем пути в бизнесе

Forbes
Место встречи Место встречи

Когда пришли гости или семья собралась вместе, происходит это в главной комнате

SALON-Interior
Управление гневом Управление гневом

Иногда хочется просто рвать и метать – сил нет держать себя в руках

Лиза
15 фотографий Синтии, манекена-звезды 1930-х 15 фотографий Синтии, манекена-звезды 1930-х

Манекен Синтия вела такую насыщенную жизнь, что ей позавидовала бы любая девушка

Maxim
Черногорская революция и предательство России Черногорская революция и предательство России

О вступлении в НАТО и «попытке государственного переворота» с участием россиян

Русский репортер
«Бэтмобиль», танк и беспилотник: странные машины, пойманные полицией «Бэтмобиль», танк и беспилотник: странные машины, пойманные полицией

Необычные транспортные средства, появлявшиеся на обычных дорогах

РБК
Открыть в приложении