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

Щит от гиперзвука Щит от гиперзвука

Они быстро настигнут врага в любой точке мира

Популярная механика
Двенадцать друзей бизнесмена. Как суд присяжных может защитить предпринимателей Двенадцать друзей бизнесмена. Как суд присяжных может защитить предпринимателей

Введение суда присяжных по «предпринимательским» статьям — первый шаг к реформам

Forbes
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
Bentley по сходной цене: на каких автомобилях ездили Аль Капоне и Юрий Гагарин Bentley по сходной цене: на каких автомобилях ездили Аль Капоне и Юрий Гагарин

15 февраля аукционный дом «Литфонд» проводит аукцион редких автомобилей

Forbes
Великое переселение лошадей Великое переселение лошадей

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

Наука и жизнь
Теряемое поколение Теряемое поколение

На смену членам социума пришли узлы в Сети

Огонёк
Почему Генрих — не Генрих, а Людовик — не Людовик? Почему Генрих — не Генрих, а Людовик — не Людовик?

О проблеме перевода или огласовки иностранных имён собственных

Наука и жизнь
Почему нельзя регулярно менять пароли к интернет-аккаунтам: рекомендации экспертов и софт Почему нельзя регулярно менять пароли к интернет-аккаунтам: рекомендации экспертов и софт

Регулярная смена паролей приведет к такому паролю, который будет легко взломать

CHIP
Эйнштейн против Бора. Квантовая механика Эйнштейн против Бора. Квантовая механика

Со смертью Эйнштейна мир стал другим

Наука и жизнь
Нил Фергюсон: Тайная встреча Анны Ахматовой, разозлившая Сталина Нил Фергюсон: Тайная встреча Анны Ахматовой, разозлившая Сталина

Глава книги «Площадь и башня» журналиста Нила Фергюсона

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

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
Писсуар Дюшана за $2 млн. Как выглядит универсальная формула успеха Писсуар Дюшана за $2 млн. Как выглядит универсальная формула успеха

Альберт-Ласло Барабаши применил научные методы, чтобы вывести формулу успеха

Forbes
Робот – лучший повар Робот – лучший повар

Намучившись с самодеятельной кулинарией, он решил поручить эти заботы технике

Популярная механика
«Отверженные»: как быть, если вы слишком чувствительны к отказам «Отверженные»: как быть, если вы слишком чувствительны к отказам

Высокая чувствительность к отвержению — следствие сложного детского опыта

Psychologies
Вступив в эпоху электричества... Вступив в эпоху электричества...

До сих пор существует проблема преобразования сил природы в электроэнергию

Наука и жизнь
Неспокойная звезда: когда взорвется Бетельгейзе Неспокойная звезда: когда взорвется Бетельгейзе

В отличие от большинства звезд, Бетельгейзе все знают лично

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

«Утиный тест» — популярный способ протестировать очевидность происходящего

Наука и жизнь
Почему вам нужно начать закаляться Почему вам нужно начать закаляться

Холодный душ и ледяные ванны сделают вас здоровее и счастливее

GQ
У Христа за пазухой У Христа за пазухой

Как живет самая большая община амишей в Америке

Вокруг света
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
Партнёрские роды Партнёрские роды

Партнёрские роды становятся все более популярными, что о них нужно знать?

Здоровье
Левон Оганезов. Концертмейстер Левон Оганезов. Концертмейстер

Я попал в Мосэстраду в девятнадцать и прослужил сорок один год

Караван историй
Как сформировать полезные пищевые привычки на каждый день Как сформировать полезные пищевые привычки на каждый день

Делимся лайфхаками, которые помогут изменить пищевой режим

РБК
Доктор технических наук Максим Железнов: Аварии на железной дороге можно предотвратить с помощью космического наблюдения Доктор технических наук Максим Железнов: Аварии на железной дороге можно предотвратить с помощью космического наблюдения

Максим Железнов — о том, зачем следить за поездами из космоса

СНОБ
Позволительная роскошь Позволительная роскошь

Скарлетт Йоханссон изящно отвечает на непростые вопросы

Glamour
«Нас называли лондонской мафией»: друг Березовского оказался владельцем газеты «Ведомости» «Нас называли лондонской мафией»: друг Березовского оказался владельцем газеты «Ведомости»

Газетой «Ведомости» уже «больше года» владеет семья Владимира Воронова

Forbes
С правилом «2-2-2» ваша пара станет еще счастливее С правилом «2-2-2» ваша пара станет еще счастливее

С правилом «2-2-2» вы сможете превратить время, проведенное вместе, в праздник

Psychologies
Спасибо, следующий! Все мужчины любвеобильной певицы Арианы Гранде Спасибо, следующий! Все мужчины любвеобильной певицы Арианы Гранде

Кто стал избранником Арианы Гранде на этот раз и кто был замечен с ней раньше

Cosmopolitan
Брат ты мне или враг? Брат ты мне или враг?

Разбираем пять мифов о дружбе

Psychologies
«Хищные птицы: Потрясающая история Харли Квинн»: как Марго Робби вновь уходит в отрыв «Хищные птицы: Потрясающая история Харли Квинн»: как Марго Робби вновь уходит в отрыв

Новая картина с Марго Робби дотянулась до первого уровня «эмансипации»

Forbes
Открыть в приложении