Комбинаторный анализ. Теория графов

Учебник предназначен для изучения алгебры и начал математического анализа в 11 классе общеобразовательных организаций. В нём предусмотрена уровневая дифференциация, позволяющая формировать у школьников познавательный интерес к алгебре и началам математического анализа. Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования.

Изложен ряд основных разделов теории графов, необходимых для разработки моделей объектов и задач дискретной оптимизации. Рассмотрены модели структур сложных систем в виде различного вида графов: ультра-, гипер-, ориентированных и неориентированных, а также формальные постановки задач комбинаторной оптимизации на графах. Описаны особенности и сущность точных методов дискретной оптимизации, таких как жадный выбор, поиск в ширину и в глубину с возвращением, ветвей и границ, Дейкстры, Форда — Фалкерсона и динамического программирования.

Пособие является одной из частей системы учебных пособий по дискретной математике. Рассматриваются основные разделы дисциплины «Теория графов и математическая логика», в частности теория множеств, комплектов и нечетких множеств, теория функций и отношений, и теория графов. Все темы содержат достаточное количество примеров и задач с решениями. Приведены варианты индивидуальных домашних заданий, контрольных работ, тесты для текущего контроля знаний.

Настоящее пособие «Методические рекомендации к выполнению контрольной работы по дискретной математике» предназначено для студентов заочного отделения физико-математического факультета педагогического ВУЗа.

Рассмотрена задача нахождения максимального потока в сетях специального вида. В таких сетях для каждой дуги меняется длительность прохождения по ней. Считаем длительности прохождения периодическими по времени. Показано, что для таких сетей не выполняется теорема Форда и Фалкерсона, согласно которой величина максимального потока равна пропускной способности минимального разреза. Предложены оценки величины максимального потока в сети с циклической зависимостью длительностей прохождения по дугам от времени. Разработан алгоритм нахождения максимального суммарного потока для рассматриваемых сетей.

В представленном пособии в доступной форме рассказывается о фундаментальных понятиях дискретной математики – логике, булевых функциях, множествах, отношениях и графах. Теория изложена кратко, но иллюстрирована многочисленными простыми для понимания примерами. Изложение курса дискретной математики представлено в форме решения математических задач различной сложности, связанных с программированием. Предложены алгоритмы решения этих задач, написанные на «псевдокоде». Пособие может быть использовано при изучении дисциплин «Дискретная математика», «Информатика», «Линейная алгебра и дискретная математика», «Логика» студентами института легкой промышленности моды и дизайна (направление подготовки «Информационные системы и технологии»), инженерного химико-технологического института (направление подготовки «Информационная безопасность»), института управления, автоматизации и информационных технологий (направление подготовки «Информатика и вычислительная техника»).

Рассмотрены комбинаторные вычисления, их основные операционные объекты: сочетания, перестановки, размещения и разбиения элементов конечных множеств и натуральных чисел.

Во второй части статьи подробно рассматривается пример построения бинарного отношения # и множества блоков заданного регулярного языка - в процессе выполнения процедуры канонизации задающего его автомата. Приведены два алгоритма объединения состояний недетерминированного автомата. На основе этих алгоритмов сформулированы сокращенный вариант алгоритма дуговой минимизации, а также алгоритм добавления дуги.