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

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

Интересные археологические находки 2019 года

Наука и жизнь
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
Стая товарищей Стая товарищей

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

Наука и жизнь
Разделение сетей Разделение сетей

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

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

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
Беглецы и бродяги: кто уничтожил суперземли Солнечной системы и лишил ее обитаемой планеты Беглецы и бродяги: кто уничтожил суперземли Солнечной системы и лишил ее обитаемой планеты

Вокруг Солнца должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна

Naked Science
Анна Седокова Анна Седокова

Наверное, она уже привыкла к эпитетам «горячая», «аппетитная», «сочная»

Playboy
Серая футболка Абрамовича. Почему простая одежда стала символом успеха и прогресса Серая футболка Абрамовича. Почему простая одежда стала символом успеха и прогресса

Как мы перешли к осознанной моде и нужно ли теперь отказываться от брендов

Forbes
Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
«Они покупают чувства» «Они покупают чувства»

Покупатели предметов роскоши стремительно молодеют

Эксперт
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
Почему мужчины изменяют Почему мужчины изменяют

Разобрали наиболее частые оправдания неверности

GQ
Бертольт Брехт Бертольт Брехт

Не жизнь (1898–1956), а непрерывное бегство Бертольта Брехта

Дилетант
Тонуть по приказу: как топят корабли в военных целях Тонуть по приказу: как топят корабли в военных целях

Методика затопления кораблей в военных целях известна с античных времен

Популярная механика
Физика с разоблачением Физика с разоблачением

Опыты и фокусы: проверяем физику через 130 лет

Наука и жизнь
Грешноватый стаканчик кофе. Как появился экошейминг и кто его победит Грешноватый стаканчик кофе. Как появился экошейминг и кто его победит

Где учат эко-грамоте и что скрывается за термином «устойчивость»

Forbes
15-летний капитал 15-летний капитал

Какие достижения недавнего прошлого мы возьмем с собой в будущее

РБК
Зачекиниться на выставке: почему поколение Z ходит в музеи и разбирается в современном искусстве Зачекиниться на выставке: почему поколение Z ходит в музеи и разбирается в современном искусстве

Музеи снова стали местом притяжения интеллигенции всех возрастов и форматов

Forbes
Горшочек, вари! Горшочек, вари!

Китайцы уже несколько столетий самой полезной утренней едой считают рисовую кашу

Вокруг света
Самооценка или самоценность — что выбираете? Самооценка или самоценность — что выбираете?

О том, что такое самоценность и в чем ее отличие от самооценки

Psychologies
Каменная стена: 5 имен, которые носят самые надежные мужчины Каменная стена: 5 имен, которые носят самые надежные мужчины

Как зовут мужчин, за которыми можно спрятаться, как за каменной стеной

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
Пенсионеры подарят рост: как пенсионная реформа и низкая рождаемость создали предпосылки для скачка в российской экономике Пенсионеры подарят рост: как пенсионная реформа и низкая рождаемость создали предпосылки для скачка в российской экономике

Социологи и экономисты не зря пристально анализируют демографические показатели

Forbes
Ближний Восток не будет прежним Ближний Восток не будет прежним

Смерть генерала Сулеймани не привела к третьей мировой войне

Эксперт
Мария Куликова: «Ваня раньше был уверен, что его мама — врач» Мария Куликова: «Ваня раньше был уверен, что его мама — врач»

Никогда не жалуюсь и воспринимаю как дар все, что со мной происходит

Караван историй
«Бой на $100 млн»: почему реванш Хабиба и Конора неизбежен «Бой на $100 млн»: почему реванш Хабиба и Конора неизбежен

Возвращение Макгрегора в октагон принесло UFC солидный доход

Forbes
Мама, папа, я – контрактная семья Мама, папа, я – контрактная семья

Каковы перспективы у института семьи в ближайшем будущем?

Psychologies
Марафонский финиш Марафонский финиш

Чем закончился 3-летний марафон с поиском дома для семьи ресторатора и продюсера

AD
Психолог Алексей Красиков — о причинах неврозов и панических атак Психолог Алексей Красиков — о причинах неврозов и панических атак

Как развить эмоциональный интеллект и избавиться от внутренних конфликтов.

РБК
Безоперационная ринопластика: правда о «новом носе» от пластического хирурга Безоперационная ринопластика: правда о «новом носе» от пластического хирурга

Возможно ли изменить размер и форму носа, не ложась под хирургический нож?

Cosmopolitan
Открыть в приложении