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

Летающий мопед Летающий мопед

Автожиры: полет над вулканом и не только.

Популярная механика
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
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
В конце жизни Солнце разрушит свои астероиды В конце жизни Солнце разрушит свои астероиды

Что такое YORP-эффект и как он влияет на звезды?

Популярная механика
Стая товарищей Стая товарищей

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

Наука и жизнь
Как продолжать двигаться вперед, если вы сомневаетесь в себе Как продолжать двигаться вперед, если вы сомневаетесь в себе

Как не дать неуверенности и тревоги сбить нас с курса?

Psychologies
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
5 правил истинной заботы о себе 5 правил истинной заботы о себе

Забота о себе часто понимается неверно

Psychologies
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
Без носков и негатива: что делать, если босс помешался на нетрадиционных учениях Без носков и негатива: что делать, если босс помешался на нетрадиционных учениях

Где грань между лояльностью к бренду и здравым смыслом

Forbes
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
«Возможностей, как в России, нигде нет»: создатель сырка «Б.Ю. Александров» об успехе, бизнесе на похудении и пропавшем Котлере «Возможностей, как в России, нигде нет»: создатель сырка «Б.Ю. Александров» об успехе, бизнесе на похудении и пропавшем Котлере

«Король глазированных сырков» Борис Александров рассказал о своем пути в бизнесе

Forbes
То, что надо! То, что надо!

Opel Grandland X – новая достойная страница в истории старого доброго бренда

Playboy
Короли криптобиржи: как получить доходность 143% на сделках с цифровыми валютами, сомневаясь во всем Короли криптобиржи: как получить доходность 143% на сделках с цифровыми валютами, сомневаясь во всем

Как IT-предприниматели увлеклись блокчейн-технологиями и заработали $100 млн

Forbes
Клио на баррикадах Клио на баррикадах

Дискуссию о преподавании истории продолжает Леонид Кацва

Дилетант
Проект сверхтяжелого танка: каким бывает оружие пропаганды Проект сверхтяжелого танка: каким бывает оружие пропаганды

Первая мировая война стала ареной для испытаний различных видов нового оружия

Популярная механика
Земля переезжает Земля переезжает

Когда Солнце начнет затухать, корабль «Земля» уже прибудет к новой звезде

Популярная механика
Смартфон для блогера. Как камера стала главным компонентом современного телефона Смартфон для блогера. Как камера стала главным компонентом современного телефона

Современные телефоны — это основной инструмент медиаинфлюенсеров и фрилансеров

СНОБ
Солнце меняет климат Солнце меняет климат

Почему климат на Земле так стремительно меняется

Наука и жизнь
«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
Безос позавидовал Маску: как богатейший человек планеты потерпел фиаско в Нью-Йорке Безос позавидовал Маску: как богатейший человек планеты потерпел фиаско в Нью-Йорке

Amazon решил добиться льготных условий для строительства новой штаб-квартиры

Forbes
9 эффективных способов борьбы с постоянным стрессом 9 эффективных способов борьбы с постоянным стрессом

Стресс неизбежен, но можно научиться справляться с ним здоровыми способами

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

Подводные камни мультифункциональной косметики

Cosmopolitan
Растяжка для начинающих в домашних условиях: лучшие упражнения Растяжка для начинающих в домашних условиях: лучшие упражнения

Растяжка позволяет обрести гибкость, лёгкость и улучшает эмоциональное состояние

Cosmopolitan
Вместо бюстгальтеров? Что такое тейпы и как их носить – рассказывает эксперт Вместо бюстгальтеров? Что такое тейпы и как их носить – рассказывает эксперт

Тейпирование – мини-революция в индустрии красоты

Cosmopolitan
7 самых распространенных ошибок, которые мы совершаем во время занятий любовью 7 самых распространенных ошибок, которые мы совершаем во время занятий любовью

Эти промахи портят твою интимную жизнь

Playboy
На воды: лучшие неизведанные спа-курорты Европы На воды: лучшие неизведанные спа-курорты Европы

Незаезженные лечебные локации — со сказочной природой и спа-чудесами

Forbes
23 февраля: какие защитники нам нужны в этот праздник и другие дни 23 февраля: какие защитники нам нужны в этот праздник и другие дни

В каких защитниках нуждаются современные женщины

Cosmopolitan
12 забытых «москвичей» 12 забытых «москвичей»

А ведь могли же наши, когда хотели…

Maxim
Game over Game over

Как разработчик игр компания Nexters за год выросла в 15 раз

Forbes
Открыть в приложении