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

Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
Три миллиона за частную школу: где и за сколько учатся дети звезд Три миллиона за частную школу: где и за сколько учатся дети звезд

Знаменитости не экономят на обучении своих детей

Cosmopolitan
Щит от гиперзвука Щит от гиперзвука

Они быстро настигнут врага в любой точке мира

Популярная механика
От аэросаней до пенного огнетушителя: 5 важнейших российских изобретений От аэросаней до пенного огнетушителя: 5 важнейших российских изобретений

Кто придумал сварку, почему пена тушит нефть и как придумали батареи

Популярная механика
Стая товарищей Стая товарищей

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

Наука и жизнь
Вдох-выдох Вдох-выдох

Как распознать плеврит?

Добрые советы
Великое переселение лошадей Великое переселение лошадей

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

Наука и жизнь
Секрет влиятельного человека: как создать вокруг себя поле притяжения Секрет влиятельного человека: как создать вокруг себя поле притяжения

Как добившемуся успеха в бизнесе человеку расширить свое влияние

Forbes
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
Захотелось процент повыше Захотелось процент повыше

В России появился отдельный сегмент долгового рынка — высокодоходные облигации

Эксперт
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
«Спортсмен должен смотреть на тренера, как на удава»: Ирина Слуцкая о проблемах современного спорта и новом шоу «Спортсмен должен смотреть на тренера, как на удава»: Ирина Слуцкая о проблемах современного спорта и новом шоу

Ирина Слуцкая об экономике ледовых шоу и тренерских методиках

Forbes
Почему у дятла не болит голова? Почему у дятла не болит голова?

Как дятлы долбят по дереву со скоростью 7 метров в секунду без травм

Наука и жизнь
«Ты еще пожалеешь»: о психологических последствиях абортов «Ты еще пожалеешь»: о психологических последствиях абортов

Кого должна слушать женщина, решая, делать ли ей аборт или сохранять ребенка?

Psychologies
Тигр русской дипломатии Тигр русской дипломатии

Творчество Дмитрия Левицкого имеет огромное значение для искусства XVIII века

Дилетант
Список Хрулёва Список Хрулёва

О генерале армии Андрее Васильевиче Хрулёве рассказывает его внучка

Дилетант
Десять значимых событий 2022 Десять значимых событий 2022

Что произошло в науке за 2022 год

Наука и жизнь
От Ту-95 до ПАК ДА: как менялись двигатели супер-бомбардировщиков От Ту-95 до ПАК ДА: как менялись двигатели супер-бомбардировщиков

Во время холодной войны на плечи бомбардировщиков легла ноша ядерного оружия

Популярная механика
Знай наших Знай наших

Уникальные достижения отечественных ученых

Популярная механика
Переехать, жениться и не заводить детей: 9 парадоксальных научных советов, как стать счастливым Переехать, жениться и не заводить детей: 9 парадоксальных научных советов, как стать счастливым

Как поддерживать уровень удовольствия от жизни

Forbes
Лозанна, Хобарт, Тигасаки: Monocle назвал 20 лучших малых городов мира Лозанна, Хобарт, Тигасаки: Monocle назвал 20 лучших малых городов мира

Гид по лучшим новым городам для жизни вдали от шума мегаполисов

Forbes
«Дурная кровь» Джона Каррейру: книга о знаменитом стартапе Theranos «Дурная кровь» Джона Каррейру: книга о знаменитом стартапе Theranos

В своей новой книге Джон Каррейру собрал серию расследований о Theranos

Esquire
Самые дорогие клубы НБА — 2020. Рейтинг Forbes Самые дорогие клубы НБА — 2020. Рейтинг Forbes

НБА остается привлекательным бизнесом для владельцев клубов

Forbes
Разделение сетей Разделение сетей

Forbes посчитал стоимость российских интернет-компаний и оценил продажи в Рунете

Forbes
Искусственные пальцы, спасающие жизни: как сотрудник лаборатории создал бизнес из диссертации Искусственные пальцы, спасающие жизни: как сотрудник лаборатории создал бизнес из диссертации

Кимо Джонсон мечтал стать музыкантом, но увлекся программированием

Forbes
Как уложить волосы, если вы только начали их отращивать Как уложить волосы, если вы только начали их отращивать

Разбираемся, что делать, когда ваша шевелюра напоминает львиную гриву

GQ
6 типов неверности: какие из них мы можем простить? 6 типов неверности: какие из них мы можем простить?

Рано или поздно измена появляется в жизни 25% пар, которые считались крепкими

Psychologies
Роберт Паттинсон: «Перестань себя ограничивать» Роберт Паттинсон: «Перестань себя ограничивать»

Роберт Паттинсон – о настоящих чувствах и уроках соблазна

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
6 «очистков» овощей и фруктов, которые не стоит выбрасывать (они полезные и вкусные) 6 «очистков» овощей и фруктов, которые не стоит выбрасывать (они полезные и вкусные)

Ты зря недооценивал эти «запчасти»!

Playboy
Открыть в приложении