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

Великое переселение лошадей Великое переселение лошадей

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

Наука и жизнь
Техника физиков Техника физиков

Как выпускники превращают онлайн-школу английского в образовательный холдинг

Forbes
Щит от гиперзвука Щит от гиперзвука

Они быстро настигнут врага в любой точке мира

Популярная механика
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
Почему Генрих — не Генрих, а Людовик — не Людовик? Почему Генрих — не Генрих, а Людовик — не Людовик?

О проблеме перевода или огласовки иностранных имён собственных

Наука и жизнь
Новые «Ходячие мертвецы» и не только: 6 лучших жанровых сериалов 2020 года Новые «Ходячие мертвецы» и не только: 6 лучших жанровых сериалов 2020 года

Готовься найти новый любимый сериал

Playboy
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
«Счастье мое»: 4 мифа об этом состоянии «Счастье мое»: 4 мифа об этом состоянии

Есть масса мифов о том, что же такое счастье и как достичь этого состояния

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

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
Александр Белькович: Надо искать вкус в простоте Александр Белькович: Надо искать вкус в простоте

Разговор с обаятельным и остроумным теле-поваром Александром Бельковичем

Добрые советы
Чёрный передел: версия 1939 года Чёрный передел: версия 1939 года

Секретный протокол к Пакту о ненападении

Дилетант
4 причины свайпнуть девушку в Тиндере влево (если ты понимаешь, о чем мы) 4 причины свайпнуть девушку в Тиндере влево (если ты понимаешь, о чем мы)

Наверное, стоит поискать кого-то другого.

Playboy
Малая родина Малая родина

Одним июльским днем в Тверской области выпал снег

Вокруг света
Снимаем груз усталости: как расслабить шею и спину в разгар рабочего дня Снимаем груз усталости: как расслабить шею и спину в разгар рабочего дня

Рассказываем, как помочь себе самостоятельно в разгар рабочего дня

Популярная механика
Как модель для сборки Как модель для сборки

Шварцвальд: времена меняются, но не все в мире спешит меняться вместе с ними

Вокруг света
«Кака тут любовь?!» «Кака тут любовь?!»

От «розовых соплей» в голливудских фильмах мы устали

Лиза
Список Хрулёва Список Хрулёва

О генерале армии Андрее Васильевиче Хрулёве рассказывает его внучка

Дилетант
Бронетехника Гражданской войны: собственные разработки Белой гвардии Бронетехника Гражданской войны: собственные разработки Белой гвардии

Бронетехника Белой гвардии во времена Гражданской войны

Популярная механика
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика

О своем видении политики на Украине и мнением о конституционной реформе

Esquire
Как правильно ссориться Как правильно ссориться

Свод правил, благодаря которому ты сможешь уладить разногласия с девушкой

Maxim
Бедные Виндзоры: 8 членов королевской семьи, которые не владеют миллионами Бедные Виндзоры: 8 членов королевской семьи, которые не владеют миллионами

Августейшие особы, которые гораздо беднее, чем ты думаешь

Cosmopolitan
О дивная новая Тилимилитрямдия! 6 проектов идеального государства О дивная новая Тилимилитрямдия! 6 проектов идеального государства

Плох тот философ, что не предложил своей модели идеального мира

Maxim
Доктор технических наук Максим Железнов: Аварии на железной дороге можно предотвратить с помощью космического наблюдения Доктор технических наук Максим Железнов: Аварии на железной дороге можно предотвратить с помощью космического наблюдения

Максим Железнов — о том, зачем следить за поездами из космоса

СНОБ
Делай, как Адель Делай, как Адель

Упражнения пилатеса и сиртфуд-диета – два секрета стройности певицц Адель

Худеем правильно
Энджой. Мальчик, который молчит Энджой. Мальчик, который молчит

Мальчик не хочет разговаривать, но, кажется, он что-то видел и что-то знает

СНОБ
Рост прибыли на 1900%, будущий кризис и подготовка к смерти: что Баффет написал инвесторам в ежегодном письме Рост прибыли на 1900%, будущий кризис и подготовка к смерти: что Баффет написал инвесторам в ежегодном письме

Пересказ традиционного письма Уоррена Баффета инвесторам Berksihre Hathaway

Forbes
Марго Робби: «Тишина меня оглушает, моя стихия – шум» Марго Робби: «Тишина меня оглушает, моя стихия – шум»

Она признанный талант, актриса с широким диапазоном

Psychologies
«Я разделяю комфорт и ненужные понты». Правила потребления сооснователя CarPrice Эдуарда Гуриновича «Я разделяю комфорт и ненужные понты». Правила потребления сооснователя CarPrice Эдуарда Гуриновича

Эдуард Гуринович рассказал о прививке успеха и самой обидной потере

Forbes
Определение бога в философии Спинозы Определение бога в философии Спинозы

Книга Энтони Готтлиба «Мечта о просвещении. Рассвет философии нового времени»

СНОБ
Открыть в приложении