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

Летающий мопед Летающий мопед

Автожиры: полет над вулканом и не только.

Популярная механика
Детские книги на взрослые темы: книга пятая — «Заяц на взлетной полосе» Юлии Симбирской Детские книги на взрослые темы: книга пятая — «Заяц на взлетной полосе» Юлии Симбирской

В пятом выпуске цикла про важные детские книги — повесть о плюшевом зайце

Esquire
Мой Сталинград Мой Сталинград

Когда началась война, я была студенткой мединститута

Наука и жизнь
Мой секрет семейного счастья: я больше не обижаюсь на близких Мой секрет семейного счастья: я больше не обижаюсь на близких

Принято считать, что в браке надо открыто обсуждать обиды

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

Интересные археологические находки 2019 года

Наука и жизнь
Здравомыслящие россияне. О чем свидетельствуют опросы социологических служб Здравомыслящие россияне. О чем свидетельствуют опросы социологических служб

Народ выжидает и одновременно тихо ропщет, мечтая о прекрасном мире

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

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
Главная угроза человечеству от спутников Starlink и OneWeb Главная угроза человечеству от спутников Starlink и OneWeb

Какие угрозы для человечества несут рукотворные “созвездия” в ближайшем будущем?

Популярная механика
Великое переселение лошадей Великое переселение лошадей

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

Наука и жизнь
Я у себя одна! Я у себя одна!

Любовь к себе – чуть ли не главное условие, необходимое для счастья

Cosmopolitan
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
Несварение денег. Как заставить инвестиции работать на экономику России Несварение денег. Как заставить инвестиции работать на экономику России

Российская экономика плохо переваривает инвестиции

Forbes
Мельницы богов Мельницы богов

Как технологии обработки персональных данных перевернули мир

Вокруг света
Вторжение Вторжение

Ижорские заводы стали первым российским поставщиком для проекта «Сахалин-2»

Эксперт
Двенадцатая жена императора Двенадцатая жена императора

Шпионско-детективная история про румынскую танцовщицу, ставшую женой императора

Дилетант
Несчастливые авиалинии: как часто разбивается Boeing 737 Несчастливые авиалинии: как часто разбивается Boeing 737

Быть самым массовым самолетом в мире - непростая ноша

Популярная механика
Марс, древняя жизнь и… утки Марс, древняя жизнь и… утки

«Утиный тест» — популярный способ протестировать очевидность происходящего

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
Правила жизни Правила жизни

Правила жизни величайшего актера Кирка Дугласа

Playboy
В поисках утраченной промоакции В поисках утраченной промоакции

Мы накопали в прошлом несколько хорошо забытых способов чему-нибудь научиться

Maxim
Кристин Лёнинс: Птица в клетке Кристин Лёнинс: Птица в клетке

Йоханнес Бетцлер — главный герой книги Кристин Лёнинс «Птица в клетке»

СНОБ
Дальние родственники. Азиатские наследники Jeep Дальние родственники. Азиатские наследники Jeep

Все легендарные модели азиатских внедорожников — потомки Jeep

4x4 Club
Сокровенные лики Сокровенные лики

В Успенском соборе Кремля нашли уникальные фрески

Огонёк
«Готовы ли мы плакать в кино?» «Готовы ли мы плакать в кино?»

Существует ли сегодня «народное кино» и можно ли просчитать успех фильма?

Огонёк
Владислав Листьев Владислав Листьев

Правила жизни телеведущего и журналиста Владислава Листьева

Esquire
Электронные сигареты Электронные сигареты

Электронные сигареты, вейпы – все "за" и "против"

Здоровье
Работа над ошибками Работа над ошибками

Владимир Мау — о реноме экономической науки в России

Эксперт
«Папа теперь миллиардер» «Папа теперь миллиардер»

У Клима Шипенко сейчас время абсолютного триумфа

OK!
20 песен, которые чаще всего звучат в кинофильмах 20 песен, которые чаще всего звучат в кинофильмах

Список песен, которые ты точно слышал в кинофильмах

Maxim
Как пользоваться швейной машинкой правильно — учимся шить с нуля Как пользоваться швейной машинкой правильно — учимся шить с нуля

Понятная и простая инструкция по использованию швейной машинки

Cosmopolitan
Открыть в приложении