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

Альянсы и союзы Альянсы и союзы

Вторая часть ответов на вопросы об альянсах союзников против нацистской Германии

Дилетант
Что вам нужно знать о Евгении Хитькове – совладельце баров «На вина!» в Москве Что вам нужно знать о Евгении Хитькове – совладельце баров «На вина!» в Москве

«ОПГ Добрых Дел» Евгения Хитькова

GQ
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
10 классических фильмов, которые на самом деле ремейки 10 классических фильмов, которые на самом деле ремейки

Прежде чем кричать, что ремейки — это свинство, сделай паузу и задумайся

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

Интересные археологические находки 2019 года

Наука и жизнь
Синяк – не пустяк Синяк – не пустяк

Почему гематомы появляются без видимых причин и когда нужно обратиться к врачу

Лиза
Мой Сталинград Мой Сталинград

Когда началась война, я была студенткой мединститута

Наука и жизнь
Сухой перекус Сухой перекус

Хочешь быстро утолить голод – съешь сухофрукт

Худеем правильно
Великое переселение лошадей Великое переселение лошадей

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

Наука и жизнь
Илья Хржановский — о «Дау», интимности и этике Илья Хржановский — о «Дау», интимности и этике

Автором проекта «Дау» о фильмах, квантовой физике в искусстве и эмоциях

РБК
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
«Люди с инвалидностью не всегда понимают, что можно прийти в музей, и им там будут рады». Как сделать искусство доступным «Люди с инвалидностью не всегда понимают, что можно прийти в музей, и им там будут рады». Как сделать искусство доступным

Проект «Музей для всех» о том, как сделать музейную систему инклюзивной

Forbes
Царь-птица Царь-птица

К этим гордым и боевым птицам мы относимся с поразительным пренебрежением

Популярная механика
«Гедонист наслаждается жизнью во всех её проявлениях» «Гедонист наслаждается жизнью во всех её проявлениях»

Чтобы упорядочить отношения с едой и похудеть, станьте гедонистом

Худеем правильно
О чём умолчали классики О чём умолчали классики

Давайте рассмотрим произведения русских писателей с точки зрения математики

Наука и жизнь
Крепкий орешек Крепкий орешек

Наталья Давыдова — о досадных ошибках на пути к идеальным ягодицам

Vogue
Подлинная история д’Артаньяна Подлинная история д’Артаньяна

Жизнь д’Артаньяна точно нельзя назвать скучной

Дилетант
Как я живу с булимией Как я живу с булимией

Наша героиня рассказывает о непростом пути к себе настоящей

Домашний Очаг
Форма и содержание Форма и содержание

Поход в фитнес-зал, бассейн или на корт должен начинаться с гардероба. С вашего

GQ
Найден способ победить угоны. Новые машины будут маркировать Найден способ победить угоны. Новые машины будут маркировать

В России появился новый противоугонный идентификатор

РБК
Лучшие фильмы про маньяков, основанные на реальных событиях: 18 топовых картин Лучшие фильмы про маньяков, основанные на реальных событиях: 18 топовых картин

Подборка фильмов про маньяков для тех, кто любит пощекотать себе нервы

Playboy
Эмоциональное равновесие: 6 путей для его достижения Эмоциональное равновесие: 6 путей для его достижения

Несколько практических рекомендаций психоаналитика доктора Хилари Гендель

Psychologies
Российский паспорт советской бабушки. Почему новые инициативы Кремля по гражданству ни к чему не приведут Российский паспорт советской бабушки. Почему новые инициативы Кремля по гражданству ни к чему не приведут

Российская верхушка сделает всё, лишь бы ничего не менять в самой России

СНОБ
Метро не только для русских Метро не только для русских

Как мигрант отсудил миллион у националиста

Русский репортер
Во что превращаются олимпийские стадионы после окончания игр: 9 примеров из истории Во что превращаются олимпийские стадионы после окончания игр: 9 примеров из истории

Досадно возводить колоссальный стадион, который по окончании Игр будет забыт

Maxim
Как поколение Z влияет на индустрию туризма Как поколение Z влияет на индустрию туризма

Поколение Z пропагандирует экологичный туризм

GQ
Лучше черной пятницы. Как за 100 евро купить оригиналы картин самых модных и дорогих художников Лучше черной пятницы. Как за 100 евро купить оригиналы картин самых модных и дорогих художников

Не обязательно платить тысячи, а то и сотни тысяч долларов за искусство

Forbes
Как правильно ссориться Как правильно ссориться

Свод правил, благодаря которому ты сможешь уладить разногласия с девушкой

Maxim
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
Коварное золото: как заработать на этом драгоценном металле Коварное золото: как заработать на этом драгоценном металле

На прошлой неделе цены на золото побили очередной рекорд

Forbes
Открыть в приложении