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

Вслед за косачами Вслед за косачами

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

Наука и жизнь
«Мать» и «папа»: самое мощное оружие в мире «Мать» и «папа»: самое мощное оружие в мире

О грозных бомбах, являющихся самыми мощными на планете

Популярная механика
Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
Без Facebook, поцелуев и слова «нет»: как заводить деловые связи в США Без Facebook, поцелуев и слова «нет»: как заводить деловые связи в США

Чтобы заключать в США прочные деловые связи, нужно знать тонкости этикета

Forbes
Эйнштейн против Бора. Квантовая механика Эйнштейн против Бора. Квантовая механика

Со смертью Эйнштейна мир стал другим

Наука и жизнь
Планшет не включается - что делать на Android и iOS Планшет не включается - что делать на Android и iOS

Что делать, если планшет больше не включается: общие советы

CHIP
Мой Сталинград Мой Сталинград

Когда началась война, я была студенткой мединститута

Наука и жизнь
«Я нахожусь в самом начале пути» «Я нахожусь в самом начале пути»

Почти два года назад Владимир Машков кардинально изменил свою жизнь

OK!
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
Собираешься в спортзал? 9 вещей, которых нужно избегать, чтобы никого не взбесить Собираешься в спортзал? 9 вещей, которых нужно избегать, чтобы никого не взбесить

Сейчас ты узнаешь, что такое неспортивное поведение.

Playboy
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
Плохая девочка Билли Айлиш: как нарушить все правила и заработать $8 млн к 18 годам Плохая девочка Билли Айлиш: как нарушить все правила и заработать $8 млн к 18 годам

Музыкальный критик Антон Макарский разбирается с феноменом Билли Айлиш

Forbes
Солнце меняет климат Солнце меняет климат

Почему климат на Земле так стремительно меняется

Наука и жизнь
В ЦОДД предложили ввести 50 км/ч в городе. К чему это приведет? В ЦОДД предложили ввести 50 км/ч в городе. К чему это приведет?

Михаил Кизлык объяснил, почему скорость в городе должна быть ниже

РБК
Бешеные деньги Бешеные деньги

Правила жизни в эпоху низких ставок

Forbes
Теперь я знаю: что происходит на курсах для женщин Теперь я знаю: что происходит на курсах для женщин

Что на самом деле происходит на популярных тренингах для женщин

Cosmopolitan
Биолог на Марсе Биолог на Марсе

Первый неамериканский марсоход: Rosalind Franklin в поисках воды и жизни

Популярная механика

Герои нашей подборки стали жертвами чужих злых шуток

Cosmopolitan
Пот, кровь, слёзы и крест Пот, кровь, слёзы и крест

В конце XI века десятки тысяч людей отправились освобождать Иерусалим

Дилетант
Этот «Оскар» — исторический. И не только из-за «Паразитов». Разбираем итоги кинопремии Этот «Оскар» — исторический. И не только из-за «Паразитов». Разбираем итоги кинопремии

Триумф "Паразитов" и трогательная речь Хоакина Феникса на "Оскаре-2020"

Esquire
«Я уже не тот, что прежде»: можем ли мы менять свой характер «Я уже не тот, что прежде»: можем ли мы менять свой характер

Изменить некоторые черты характера можно, а иногда даже нужно

Psychologies
Когда я стану кошкой. Как общаться с подростком, который ничего не хочет и вот-вот разрушит семью Когда я стану кошкой. Как общаться с подростком, который ничего не хочет и вот-вот разрушит семью

И в психологии есть чему поучиться у братьев наших меньших

СНОБ
Депиляция в домашних условиях: главные правила и советы Депиляция в домашних условиях: главные правила и советы

Как сделать депиляцию в домашних условиях с минимумом болезненных ощущений

Cosmopolitan
«А ты нормальный парень»: как завоевать авторитет на новой работе с помощью нетворкинга и пирожных «А ты нормальный парень»: как завоевать авторитет на новой работе с помощью нетворкинга и пирожных

Почему идти через голову непосредственного начальства — плохая идея

Forbes
«Дорогие штучки»: десять самых дорогих картин из коллекций миллиардеров мира «Дорогие штучки»: десять самых дорогих картин из коллекций миллиардеров мира

Кому по карману бессмертные и почти бесценные творения мастеров?

Forbes
Три возраста красоты Три возраста красоты

Увы, эликсира вечной молодости пока не существует

Лиза
Продюсер премии WHERETOEAT — о нашем ответе гиду Michelin Продюсер премии WHERETOEAT — о нашем ответе гиду Michelin

Интервью с генеральным продюсером премии WHERETOEAT Ириной Тиусониной

РБК
Главный режиссер Росгосцирка Юрий Квятковский: Успех современных цирковых постановок кроется в подаче Главный режиссер Росгосцирка Юрий Квятковский: Успех современных цирковых постановок кроется в подаче

Юрий Квятковский о его планах на новой должности и традиционализме в цирке

СНОБ
Стая товарищей Стая товарищей

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

Наука и жизнь
Эмпатия — оружие манипулятора? Эмпатия — оружие манипулятора?

Способность «читать» состояние окружающих нередко используется в корыстных целях

Psychologies
Открыть в приложении