9. Übung – Algorithmen I Timo Bingmann, Christian Schulz I NSTITUT FÜR T HEORETISCHE I NFORMATIK , P ROF. S ANDERS Bingmann, Schulz 1 KITTimo – Universität des Landes Christian Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik www.kit.edu Institut für Theoretische Informatik Übersicht Statistik der Mittsemesterklausur Grundlagen der Graphentheorie Bäume Eulersche und Hamiltonsche Kreise Bellman-Ford-Algorithmus Negative Kreise finden 2 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Statistik der Mittsemesterklausur 3 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Punkteverteilung Teilnehmer 20 15 10 5 0 0 5 4 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I 10 15 20 Punkte 25 30 Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik 0.8 0.6 0.4 0.2 Prozent der Punktzahl Punkte pro Aufgabe 0 ap He te ian n ar a Inv Ofm ist a DL tsub eln gen m ra eu r Ka Fo erz lle ap He tabe en rray sh find A Ha kat ktes n n pli ä r re Du sch nz kie ar te be un rpo G m eie DA n Zw im ione e l eis llis tei Kr -Ko ach sh /N Ha Vor orem n ile r ts he tio hte So er-T lika ac st r/N ltip Ma xmu s Vo en tri ray off Ma n/Ar t vs te tte Lis erke s v HT HT n in te Lis els Min n nti lete de Se Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik 5 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Grundlagen der Graphentheorie 6 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Graphen und Relationen Relation Ist eine Menge M gegeben, dann heißt R ⊆ M × M eine Relation und man schreibt auch x R y , falls (x , y ) ∈ R . Spezielle Relationen: symmetrisch, transitiv, antisymmetrisch, Äquivalenz-Relationen, etc. Beispiele: x = y , x ≤ y oder x | y (teilt). gerichteter Graph Ein gerichteter Graph G = (V , E ) besteht aus Knoten V und Kanten E, wobei V nicht leer ist und E ⊆ V × V ist. ungerichteter Graph Ein ungerichteter Graph G = (V , E ) besteht aus Knoten V und Kanten E, wobei V nicht leer ist und E ⊆ {{x , y } | x , y ∈ V , x 6= y } ist. 7 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Teilbarkeitsgraph Ein gerichteter Graph G = (V , E ) mit V = {1, . . . , 9} und E = {(x , y ) | x , y ∈ V , x 6= y und x |y }, wobei x |y genau dann, wenn x teilt y , also ∃n ∈ N : xn = y gilt. 1 9 2 8 3 7 4 6 8 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I 5 Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Der Hyperwürfel Q3 Ein ungerichteter Graph G = (V , E ) mit V = {{0, 1}3 } und E = {{x , y } | x , y ∈ V und x ⊕ y ∈ {100, 010, 001}}. 011 010 111 110 001 000 101 100 Zwei Knoten x , y ∈ V sind also adjazent, wenn x und y sich in genau einer Ziffer unterscheiden. 9 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Adjazenz und Knotengrad Sei G = (V , E ) ein ungerichteter Graph. Bereits bekannt: Zwei Knoten x , y ∈ V mit x 6= y heißen genau dann adjazent, wenn {x , y } ∈ E. Ein Knoten x ∈ V und eine Kante e ∈ E heißen genau dann inzident, wenn x ∈ e. Für ein Knoten x ∈ V ist die Adjazenzmenge oder Nachbarn-Menge also Adj(x ) = {y ∈ V | x 6= y und {x , y } ∈ E } . Der Grad eines Knoten x ∈ V ist deg(x ) := |Adj(x )| . (auch degG (x ) oder dG (x ) oder γG (x ) oder...) 10 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Knoten mit speziellem Knotengrad Ein Knoten v ∈ V mit deg(v ) = 0 heißt isoliert. Ein Knoten v ∈ V mit deg(v ) = 1 heißt Randknoten. Ein Graph G = (V , E ) heißt knotenregulär vom Grad r , wenn deg(v ) = r für alle v ∈ V gilt. Beispiel: der Hyperwürfel Q3 ist 3-knotenregulär. Ein (|V | − 1)-knotenregulärer Graph heißt vollständig. K6 K4 11 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I K5 Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Handshake-Lemma Lemma: Ist G = (V , E ) ein ungerichteter Graph, dann gilt X deg(v ) = 2|E | . v ∈V 12 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Handshake-Lemma Lemma: Ist G = (V , E ) ein ungerichteter Graph, dann gilt X deg(v ) = 2|E | . v ∈V Beweis: Betrachte die Menge M := {(v , e) | v ∈ V , e ∈ E mit v ∈ e}. 12 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Handshake-Lemma Lemma: Ist G = (V , E ) ein ungerichteter Graph, dann gilt X deg(v ) = 2|E | . v ∈V Beweis: Betrachte die Menge M := {(v , e) | v ∈ V , e ∈ E mit v ∈ e}. Für jede Kante e ∈ E sind genau zwei Paare in M, also |M | = 2|E |. 12 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Handshake-Lemma Lemma: Ist G = (V , E ) ein ungerichteter Graph, dann gilt X deg(v ) = 2|E | . v ∈V Beweis: Betrachte die Menge M := {(v , e) | v ∈ V , e ∈ E mit v ∈ e}. Für jede Kante e ∈ E sind genau zwei Paare in M, also |M | = 2|E |. Für jeden Knoten v ∈ V sind genau alle ausgehenden Kanten in M, P also |M | = v ∈V deg(v ) . 12 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Handshake-Lemma Lemma: Ist G = (V , E ) ein ungerichteter Graph, dann gilt X deg(v ) = 2|E | . v ∈V Beweis: Betrachte die Menge M := {(v , e) | v ∈ V , e ∈ E mit v ∈ e}. Für jede Kante e ∈ E sind genau zwei Paare in M, also |M | = 2|E |. Für jeden Knoten v ∈ V sind genau alle ausgehenden Kanten in M, P also |M | = v ∈V deg(v ) . Korollar: In jedem Graph gibt es eine gerade Anzahl von Knoten mit ungeradem Knotengrad. 12 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Wege, Kreise und Zusammenhang Ist G = (V , E ) ein ungerichteter Graph, dann heißt eine Folge (v0 , e1 , v1 , e2 , . . . , vn−1 , en , vn ) mit vi ∈ V und ei ∈ E eine Kantenfolge, ein Kantenweg oder nur Weg (path), wenn ei = {vi −1 , vi } für i = 1, . . . , n . Alternativ, kann man in Graphen ohne Mehrfachkanten eine Kantenfolge auch durch die Knotenspur (v0 , . . . , vn ) beschreiben. heißt eine Kantenfolge ein Kantenpfad oder nur Pfad (simple path), wenn alle besuchten Knoten verschieden sind. heißen zwei Knoten x , y ∈ V verbindbar (connected), wenn es einen Weg mit x = v0 und y = vn gibt. heißt der Graph G zusammenhängend (connected), wenn jedes Paar (x , y ) ∈ V × V verbindbar ist. 13 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Wege, Kreise und Zusammenhang Ist G = (V , E ) ein ungerichteter Graph, dann heißt ein Kantenfolge (v0 , e1 , v1 , e2 , . . . , vn−1 , en , vn ) ein Kantenkreis oder Kantenzyklus (cycle), wenn v0 = vn . heißt der Graph G kreisfrei, kreislos oder zykelfrei (cycle free), wenn G keinen Kantenkreis enthält. 14 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Bäume 15 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Warum Bäume? H H H H H H H H H C C C C C C C C H H H H H H H H H Oktan H H H H H C H C C C C H C H H C C H C H C C C C C H H H H H H H H H H H H H C H H H C HHH HHH ein Isooktan 16 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I H H H ein anderes Isooktan Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Charakterisierung von Bäumen Definition: Ein ungerichteter Graph heißt Baum, wenn es von jedem Knoten zu jedem anderen Knoten genau einen Kantenweg gibt. Satz: Für einen ungerichteten Graphen G = (V , E ) sind äquivalent: 1 2 3 4 5 6 G ist ein Baum. G ist zusammenhängend und |E | = |V | − 1. G ist zusammenhängend und kreislos. G ist kreislos und |E | = |V | − 1. G ist maximal kreislos: G ist kreislos und jede zusätzliche Kante zwischen nicht-adjazenten Knoten ergibt einen Kreis. G ist minimal zusammenhängend: G ist zusammenhängend und bei Entfernen einer beliebige Kante zerfällt G. 17 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Satz von Cayley Ist G = (V , E ) ein zusammenhängender ungerichteter Graph, dann heißt ein Untergraph (V , E 0 ) mit E 0 ⊆ E ein G aufspannender Baum, wenn dieser ein Baum ist. Satz von Cayley Im vollständigen Graph Kn gibt es genau nn−2 verschiedene Kn aufspannende Bäume. Beispiel: K4 hat folgende 16 aufspannende Bäume: 18 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Eulersche und Hamiltonsche Kreise Ein Kantenkreis heißt Eulersch, wenn er alle Kanten des Graphen genau einmal enthält. Ein Kantenkreis heißt Hamiltonsch, wenn er alle Knoten des Graphen genau einmal enthält (Beginn und Ende einmal gezählt). Ein Graph heißt Eulersch/Hamiltonsch, wenn er einen Eulerschen/Hamiltonschen Kreis enthält. 19 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Eulersche und Hamiltonsche Kreise Ein Kantenkreis heißt Eulersch, wenn er alle Kanten des Graphen genau einmal enthält. Ein Kantenkreis heißt Hamiltonsch, wenn er alle Knoten des Graphen genau einmal enthält (Beginn und Ende einmal gezählt). Ein Graph heißt Eulersch/Hamiltonsch, wenn er einen Eulerschen/Hamiltonschen Kreis enthält. 19 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Satz von Euler (Graphen) Satz: Ein Graph G = (V , E ) mit E 6= ∅ ist genau dann Eulersch, wenn G zusammenhängend ist und alle Knoten geraden Knotengrad haben. 20 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Satz von Euler (Graphen) Satz: Ein Graph G = (V , E ) mit E 6= ∅ ist genau dann Eulersch, wenn G zusammenhängend ist und alle Knoten geraden Knotengrad haben. Beweis: „=⇒“ Klar, denn G muss zusammenhängend sein und beim Passieren eines Knoten wird dieser durch eine Kante betreten und durch eine andere verlassen. Da jede Kante genau einmal verwendet wird, muss der Knotengrad aller Knoten gerade sein. 20 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Satz von Euler (Graphen) Satz: Ein Graph G = (V , E ) mit E 6= ∅ ist genau dann Eulersch, wenn G zusammenhängend ist und alle Knoten geraden Knotengrad haben. Beweis: „⇐=“ Angenommen der Graph hat diese Eigenschaften, so betrachtet man eine Kantenpfad P = (v0 , e1 , v1 , e2 , . . . , vr −1 , er , vr ) maximaler Länge, in dem also keine Kante zweimal vorkommt. Behauptung 1: v0 = vr . 20 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Satz von Euler (Graphen) Satz: Ein Graph G = (V , E ) mit E 6= ∅ ist genau dann Eulersch, wenn G zusammenhängend ist und alle Knoten geraden Knotengrad haben. Beweis: „⇐=“ Angenommen der Graph hat diese Eigenschaften, so betrachtet man eine Kantenpfad P = (v0 , e1 , v1 , e2 , . . . , vr −1 , er , vr ) maximaler Länge, in dem also keine Kante zweimal vorkommt. Behauptung 1: v0 = vr . Wäre v0 6= vr , dann ist v0 zu einer ungeraden Anzahl Kanten in P inzident. Da v0 aber geraden Knotengrad hat, gibt es eine inzidente Kante e∈ / P. Der Pfad P kann mit e verlängert werden, ist also nicht maximal! Widerspruch =⇒ v0 = vr , also ist P ein Kreis. 20 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Satz von Euler (Graphen) Satz: Ein Graph G = (V , E ) mit E 6= ∅ ist genau dann Eulersch, wenn G zusammenhängend ist und alle Knoten geraden Knotengrad haben. Beweis: „⇐=“ Angenommen der Graph hat diese Eigenschaften, so betrachtet man eine Kantenkreis C = (v0 , e1 , v1 , e2 , . . . , vr −1 , er , v0 ) maximaler Länge, in dem also keine Kante zweimal vorkommt. Behauptung 2: E (C ) := {ei | i = 1, . . . , r } = E. 20 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Satz von Euler (Graphen) Satz: Ein Graph G = (V , E ) mit E 6= ∅ ist genau dann Eulersch, wenn G zusammenhängend ist und alle Knoten geraden Knotengrad haben. Beweis: „⇐=“ Angenommen der Graph hat diese Eigenschaften, so betrachtet man eine Kantenkreis C = (v0 , e1 , v1 , e2 , . . . , vr −1 , er , v0 ) maximaler Länge, in dem also keine Kante zweimal vorkommt. Behauptung 2: E (C ) := {ei | i = 1, . . . , r } = E. Angenommen E (C ) 6= E, so betrachten wir G0 := (V , E \ E (C )). Da G zusammenhängt, muss G0 und C einen gemeinsamen Knoten w mit degG0 (w ) > 0 haben. 20 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Satz von Euler (Graphen) Satz: Ein Graph G = (V , E ) mit E 6= ∅ ist genau dann Eulersch, wenn G zusammenhängend ist und alle Knoten geraden Knotengrad haben. Beweis: „⇐=“ Angenommen der Graph hat diese Eigenschaften, so betrachtet man eine Kantenkreis C = (v0 , e1 , v1 , e2 , . . . , vr −1 , er , v0 ) maximaler Länge, in dem also keine Kante zweimal vorkommt. Behauptung 2: E (C ) := {ei | i = 1, . . . , r } = E. Angenommen E (C ) 6= E, so betrachten wir G0 := (V , E \ E (C )). Da G zusammenhängt, muss G0 und C einen gemeinsamen Knoten w mit degG0 (w ) > 0 haben. Alle Knoten in G0 haben geraden Knotengrad, also kann man in G0 einen Kreis C 0 finden, der durch w geht. 20 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Satz von Euler (Graphen) Satz: Ein Graph G = (V , E ) mit E 6= ∅ ist genau dann Eulersch, wenn G zusammenhängend ist und alle Knoten geraden Knotengrad haben. Beweis: „⇐=“ Angenommen der Graph hat diese Eigenschaften, so betrachtet man eine Kantenkreis C = (v0 , e1 , v1 , e2 , . . . , vr −1 , er , v0 ) maximaler Länge, in dem also keine Kante zweimal vorkommt. Behauptung 2: E (C ) := {ei | i = 1, . . . , r } = E. Angenommen E (C ) 6= E, so betrachten wir G0 := (V , E \ E (C )). Da G zusammenhängt, muss G0 und C einen gemeinsamen Knoten w mit degG0 (w ) > 0 haben. Alle Knoten in G0 haben geraden Knotengrad, also kann man in G0 einen Kreis C 0 finden, der durch w geht. C kann an Knoten w mit C 0 verlängert werden. Widerspruch zur Maximalität =⇒ E (C ) = E. 20 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Algorithmus: Eulersche Kreise Idee: Erweitere einen Kantenpfad solange, bis er Eulersch wird. Überprüfe, ob jeder Knoten geraden Grad hat. Wähle v0 ∈ V beliebig, setze P := (v0 ). Sei P = (v0 , e1 , v1 , . . . , ei , vi ) der bisher konstruierte Pfad und G0 = (V , E \ E (P )) der Restgraph. 21 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Algorithmus: Eulersche Kreise Idee: Erweitere einen Kantenpfad solange, bis er Eulersch wird. Überprüfe, ob jeder Knoten geraden Grad hat. Wähle v0 ∈ V beliebig, setze P := (v0 ). Sei P = (v0 , e1 , v1 , . . . , ei , vi ) der bisher konstruierte Pfad und G0 = (V , E \ E (P )) der Restgraph. Ist E = E (P ) so ist P ein gesuchter Eulerscher Kreis. Fertig. Sonst wähle eine zum Knoten vi inzident Kante ei +1 ∈ E \ E (P ), wobei Kanten bevorzugt werden, die keine Brücken sind. Eine Kante ist keine Brücke, wenn G0 und (V , E \ {e1 , . . . , ei , ei +1 }) gleich viele Komponenten haben. Verlängere P mit der Kante ei +1 und wiederhole diesen Schnitt. 21 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Schmankerl: Graph-Isomorphie Welche Graphen sind gleich (isomorph)? 22 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Schmankerl: Graph-Isomorphie Welche Graphen sind gleich (isomorph)? Tipp: Es gibt fünf Klassen. 22 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Bellman-Ford-Algorithmus Wiederholung Ausgehend von einem Knoten s berechne kürzesten Wege-Baum 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: 10: procedure BellmanFord(s : NodeId) : NodeArray × NodeArray d = h∞, ..., ∞i : NodeArray of R ∪ {−∞, ∞} parent = h⊥, ..., ⊥i : NodeArray of NodeId d [s] := 0; parent[s] := s for i := 1 to n − 1 do forall e ∈ E do relax(e) forall e = (u , v ) ∈ E do if d [u ] + c (e) < d [v ] then infect(v ) return (d , parent ) Erinnerung Kante (u , v ) relaxieren: 1 wenn d [u ] + c (u , v ) < d [v ] dann d [v ] := d [u ] + c (u , v ), parent[v ] := u 23 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Bellman-Ford-Algorithmus Wiederholung 1: 2: 3: 4: 5: procedure infect(v : NodeId) if d [v ] > −∞ then d [v ] = ∞ forall e = (v , w ) ∈ E do infect(w) return (d , parent ) Ziel: Korrektheit beweisen 1 2 3 zeige dies für Knoten v mit −∞ < µ[v ] < ∞ zeige dies für Knoten v mit −∞ = µ[v ] zeige dies für Knoten v mit ∞ = µ[v ] (trivial) 24 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Bellman-Ford-Algorithmus Fall 1 relaxiere alle Kanten (in bel. Reihenfolge) n − 1-mal alle kürzesten Pfade in G haben höchstens n − 1 Kanten jeder kürzeste Pfad ist Teilfolge dieser Relaxierungen 25 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Bellman-Ford-Algorithmus Fall 1 jeder kürzeste Pfad ist eine Teilfolge dieser Relaxierungen t1 t2 tk z }| { z }| { z }| { R = h... relax(e1 ) ... relax(e2 ) ... relax(ek ) ...i, |R | = (n − 1)|E |. p = he1 , e2 , ..., ek i = hs, v1 , v2 , ..., vk i ein kürzester Weg 25 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Bellman-Ford-Algorithmus Fall 2 Korrektheit für Knoten v mit −∞ = µ[v ] sei e = (u , v ) mit d [u ] + c (e) < d [v ] nach Relaxierungen (Zeile 7) ⇒ d [v ] = ∞ (kürzeste Wege ändern sich nicht mehr, siehe Fall 1) mittels infect: alle von v erreichbaren Knoten w ⇒ d [w ] = ∞ falls d [v ] im post-processing nicht auf −∞ gesetzt gilt: d [x ] + c (e) ≥ d [y ] für jede Kante (x , y ) von jedem Pfad von s nach v damit d [s] + c (p) ≥ d [v ] für jeden Pfad p von s nach v damit d [v ] ≤ µ(v ) und damit d [v ] = µ(v ) 26 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Negative Kreise finden 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: procedure BellmanFord(s : NodeId) : NodeArray × NodeArray d = h∞, ..., ∞i : NodeArray of R ∪ {−∞, ∞} parent = h⊥, ..., ⊥i : NodeArray of NodeId d [s] := 0; parent[s] := s for i := 1 to n − 1 do forall e ∈ E do relax(e) Find negative cycle ... return negativer Kreis ist gerichteter Kreis mit Gewicht < 0 Fragestellung: ∃ negativer Kreis in G (und gebe einen aus) 27 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Negative Kreise finden 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: procedure BellmanFord(s : NodeId) : NodeArray × NodeArray d = h∞, ..., ∞i : NodeArray of R ∪ {−∞, ∞} parent = h⊥, ..., ⊥i : NodeArray of NodeId d [s] := 0; parent[s] := s for i := 1 to n − 1 do forall e ∈ E do relax(e) Find negative cycle ... return −2 s 27 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I 0 −2 Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Negative Kreise finden 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: procedure BellmanFord(s : NodeId) : NodeArray × NodeArray d = h∞, ..., ∞i : NodeArray of R ∪ {−∞, ∞} parent = h⊥, ..., ⊥i : NodeArray of NodeId d [s] := 0; parent[s] := s for i := 1 to n − 1 do forall e ∈ E do relax(e) Find negative cycle ... return Reachability? R s 27 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Negative Kreise finden Allgemein Hilfsknoten H + Kanten (H , v ) für v ∈ V mit Gewicht 0 H Nach Ausführung von Bellman-Ford (in Zeile 7): ∀ negativen Kreise C: ∃(u , v ) ∈ C : d [u ] + c (e) < d [v ] 28 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik Negativen Kreis ausgeben Nach Ausführung von Bellman-Ford (in Zeile 7): ∀ negativen Kreise C: ∃(u , v ) ∈ C : d [u ] + c (e) < d [v ] Ausgabe eines negativen Kreises: → Übungsblatt 29 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik 30 Timo Bingmann, Christian Schulz 9. Übung – Algorithmen I Fakultät für Informatik Institut für Theoretische Informatik