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

Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
ТУ-95МС: ракетоносец ядерной триады ТУ-95МС: ракетоносец ядерной триады

ТУ-95МС часто называют «Медведем»

Популярная механика
Вслед за косачами Вслед за косачами

Моё первое знакомство с глухарями началось, когда в лесах ещё лежал снег

Наука и жизнь
Тим Кук обвиняет ФБР в принуждении взламывать ваши смартфоны Тим Кук обвиняет ФБР в принуждении взламывать ваши смартфоны

Отрывок из книги «Тим Кук. Гений, который вывел Apple на новый уровень»

GQ
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Смешай это для ровного тона! Как Смешай это для ровного тона! Как

Подводные камни мультифункциональной косметики

Cosmopolitan
Эйнштейн против Бора. Квантовая механика Эйнштейн против Бора. Квантовая механика

Со смертью Эйнштейна мир стал другим

Наука и жизнь
Богиня шопинга по гороскопу: как выбирают одежду знаки зодиака Богиня шопинга по гороскопу: как выбирают одежду знаки зодиака

Кто ты? Богиня шопинга или "диванный" покупатель?

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

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
Как побороть лень, апатию и усталость — 7 простых рецептов от эмоциональной комы Как побороть лень, апатию и усталость — 7 простых рецептов от эмоциональной комы

Иногда то, что приносило счастье и радость, больше не вызывает никаких чувств

Cosmopolitan
В поиске космических катастроф. Вахта телескопов-роботов В поиске космических катастроф. Вахта телескопов-роботов

Оптические телескопы системы МАСТЕР помогают астрономам разных стран

Наука и жизнь
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
Дети редакции Дети редакции

Российский биолог, кажется, нашел повод изменить ДНК человеческого эмбриона

Популярная механика
Корма с искусственным интеллектом Корма с искусственным интеллектом

«Мустанг Технологии кормления» открыла новый завод кормов для сельхозживотных

Эксперт
Неизведанный Байкал Неизведанный Байкал

Факты о Байкале, которые мало кто знает

Наука и жизнь
«Ангелы в аду»: NYT рассказала о культуре запугиваний и домогательств в Victoria’s Secret «Ангелы в аду»: NYT рассказала о культуре запугиваний и домогательств в Victoria’s Secret

Новые факты о культовом бренде, испытывающем большие проблемы

Forbes
Мумификация ХХ века Мумификация ХХ века

Подобия ленинского мавзолея в XX веке были во многих коммунистических странах

Дилетант
Сторстрём — одна из самых комфортных тюрем мира Сторстрём — одна из самых комфортных тюрем мира

Фотографии тюрьмы, при виде которых праведники воззавидуют душегубам

Maxim
Цивилизация Цивилизация

Они одними из первых освоили инженерию, завели армию, монархию и дипломатию

Вокруг света
Сбросили 444 кг: лучшие советы по похудению от восьми девушек Сбросили 444 кг: лучшие советы по похудению от восьми девушек

Если ты решила похудеть, прислушивайся к своему организму и не усердствуй

Cosmopolitan

Герои нашей подборки стали жертвами чужих злых шуток

Cosmopolitan
Вкус коньяка с ментолом: как заработать 50 млн рублей на зубной пасте со вкусом алкоголя Вкус коньяка с ментолом: как заработать 50 млн рублей на зубной пасте со вкусом алкоголя

Производитель зубных паст Klatz пошел против стандартных законов

Forbes
MAXIM рецензирует удалой бандитский байопик «Подлинная история банды Келли» MAXIM рецензирует удалой бандитский байопик «Подлинная история банды Келли»

«Подлинную историю банды Келли» невзлюбили те, кто взлюбил самого Неда Келли

Maxim
Женский день Женский день

Восьмое марта — это не только и не столько подарки и цветы

Vogue
Последний рубеж: что делать женщине-CEO, когда она достигла вершины карьеры Последний рубеж: что делать женщине-CEO, когда она достигла вершины карьеры

Дальнейшая карьера – болезненный вопрос для женщин-генеральных директоров

Forbes
Эпизод девятый: в котором любовь побеждает все Эпизод девятый: в котором любовь побеждает все

Ленни теряет духовного отца — и наконец обретает мир

Esquire
Деми и ее Демоны Деми и ее Демоны

У пятидесятисемилетней Деми Мур давно не было громких премьер

Караван историй
Кожа из рыбы и пластик из грибов: 8 самых необычных экологичных материалов, из которых делают одежду Кожа из рыбы и пластик из грибов: 8 самых необычных экологичных материалов, из которых делают одежду

Самые необычные материалы, из которых может быть сшита одежда

Esquire
История любви Вивьен Ли и Лоуренса Оливье: соперничество, которое разрушило брак История любви Вивьен Ли и Лоуренса Оливье: соперничество, которое разрушило брак

Они были одной из самых красивых пар Голливуда, но любовь не выдержала испытаний

Cosmopolitan
«Дорогие штучки» с Тиной Канделаки: десять самых шикарных авто во владении у миллиардеров «Дорогие штучки» с Тиной Канделаки: десять самых шикарных авто во владении у миллиардеров

Cамые роскошные автомобили, на которых разъезжают богатейшие люди мира

Forbes
Открыть в приложении