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

Великое переселение лошадей Великое переселение лошадей

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

Наука и жизнь
«Tesla в мире погрузчиков»: как маленький производитель техники для складов заработал на буме онлайн-торговли «Tesla в мире погрузчиков»: как маленький производитель техники для складов заработал на буме онлайн-торговли

Малоизвестный производитель погрузчиков из Огайо начал сотрудничать с Amazon

Forbes
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

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

Дилетант
«Бороться все равно надо»: почему звезда легкой атлетики Мария Ласицкене может пропустить Олимпиаду-2020 «Бороться все равно надо»: почему звезда легкой атлетики Мария Ласицкене может пропустить Олимпиаду-2020

Как «нейтральный статус» повлиял на карьеру, мотивацию и доходы Марии Ласицкене

Forbes
Стая товарищей Стая товарищей

Повесть о том, что значит быть собакой, и о том, что значит быть человеком

Наука и жизнь
Тест-драйв Kia Seltos: все о главной премьере года в России Тест-драйв Kia Seltos: все о главной премьере года в России

Особенности потенциального бестселлера Kia Seltos

РБК
Смерть бессильного вождя Смерть бессильного вождя

Это был лидер страны, у которого из средств общения осталась только мимика

Дилетант
6 фильмов и сериалов с самыми чувственными постельными сценами ever 6 фильмов и сериалов с самыми чувственными постельными сценами ever

Идеальный выбор для романтичного и одинокого вечера

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

Интересные археологические находки 2019 года

Наука и жизнь
Верные друзья Верные друзья

Елизавета Голубцова и Марина Бирюкова оформили квартиру для семьи старого друга

AD
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
История Чарльза Линдберга: человека, который первый в одиночку перелетел Атлантический океан История Чарльза Линдберга: человека, который первый в одиночку перелетел Атлантический океан

Чарльз Линдберг — американский лётчик, совершивший трансатлантический перелёт

Maxim
Яйцо высшей категории Яйцо высшей категории

Мистика и символика пасхального яйца — писанки

Вокруг света
20 дурацких описаний женских персонажей в русских сценариях 20 дурацких описаний женских персонажей в русских сценариях

«На полу сидит привлекательная женщина с высокой грудью и крестьянским лицом»

Maxim
Гюстав Флобер Гюстав Флобер

Гюстав Флобер глазами Дмитрия Быкова

Дилетант
«Я никогда не билась о стеклянный потолок». Глава «Илим» Ксения Соснина о бумажном производстве, лесных пожарах и гендерном балансе «Я никогда не билась о стеклянный потолок». Глава «Илим» Ксения Соснина о бумажном производстве, лесных пожарах и гендерном балансе

Глава «Илим»: как женщине добиться успеха в промышленности

Forbes
Торговое оборудование Торговое оборудование

Как друзья из Ростова-на-Дону создали соцсеть для трейдеров стоимостью $3 млрд

Forbes
Приговор из 1937 года: о чем говорит жестокость по делу «Сети» Приговор из 1937 года: о чем говорит жестокость по делу «Сети»

Приговор фигурантов дела «Сети» напоминает приговоры сталинских времен

Forbes
Судьба телескопа Судьба телескопа

Зонд Hubble проработал на орбите 30 славных лет – но что ждет его дальше?

Популярная механика

Повесть Дарьи Дацук "Голос" о девочке, пережившей террористический акт

Esquire
«Чем вы только думаете?»: что будет, если мозг лишится одного полушария «Чем вы только думаете?»: что будет, если мозг лишится одного полушария

Что будет с человеком, если у него останется только половина мозга

Psychologies
Эмоциональный интеллект Эмоциональный интеллект

Хочешь научиться читать мысли окружающих?

Лиза
Доисторическая ископаемая слизь удивила ученых: гость из прошлого Доисторическая ископаемая слизь удивила ученых: гость из прошлого

В кусочке янтаря сохранилась целая колония спор древней плесени

Популярная механика
Высоко сижу Высоко сижу

Алексей Николашин оформил квартиру на самом высоком этаже в Москве-Сити

AD
История любви Элизабет Тейлор и Ричарда Бартона: пылкая страсть и громкий развод История любви Элизабет Тейлор и Ричарда Бартона: пылкая страсть и громкий развод

Историю Элизабет Тейлор и Ричарда Бартона часто называют романом века

Cosmopolitan
Нечаянно нагрянет Нечаянно нагрянет

GRAZIA рассказывает три истории о встречах, с которых началась большая любовь

Grazia
Шарлиз Терон Шарлиз Терон

Правила жизни актрисы Шарлиз Терон

Esquire
Потерянное поколение Потерянное поколение

Стильные и холёные железные лошадки, которые готовы напомнить о себе

Robb Report
Орловы Орловы

Орловы в короткий срок они смогли возвыситься и добиться влияния при дворе

Дилетант
«Можем себе позволить»: почему миллионеры хотят платить больше налогов «Можем себе позволить»: почему миллионеры хотят платить больше налогов

Состоятельные американцы решили, что не могут мириться с налоговой системой

Forbes
Открыть в приложении