Théorie de graphe

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Théorie des graphes

Un peu de vocabulaire

Présenté Par

Mohamed Bouhamed

Théorie des graphes

L’objectif est de décrire des objets (d’où un vocabulaire spécifique) dont

nous aurons besoin pour résoudre différents problèmes.

Un graphe est défini :

• par un ensemble S de points (appelés « sommets »), le plus souvent symbolisés par des numéros 1 , 2 , 3, etc…. , ou par des lettres a, b, c…

• par des liens reliant certains sommets entre eux ; ces liens qui créent donc des couples de sommets, se nommeront (et se représenteront sur le dessin) par des « arcs » ou des « arêtes » selon que le graphe est « orienté » ou « non orienté ».

a

d

b

e

c

Un graphe non orienté

Un graphe orienté

a

dbe

c

une arête

un sommet

un arc

ou

arc orienté

Définition : ordre d’un graphe

• ordre d’un graphe :

nombre de sommets du graphe

a

d

b

e

c

Graphe d’ordre 5

a

d

b

c

Graphe d’ordre 4

Remarque : un sommet peut ne pas être en relation

avec les autres sommets du graphe.

Définitions : arc et arête• Arc : couple (x;y) formé par deux

sommets « en relation » dans un graphe

orienté. Se symbolise par une flèche.

• Arête : nom d'un arc, dans un graphe non

orienté. Se symbolise par un trait.

a

d

b

e

c

Un graphe non orienté

L’arête (c;d)

le sommet e

Un graphe orienté

a

dbe

c

L’ arc

(c;d)

Définitions : boucle

• Boucle : arc reliant un sommet à lui-

même, ie dont ses extrémités sont

confondues.

a

d

b

e

c

Une boucle (a;a)

Définitions : chaîne

• Une chaîne dans un graphe G, est une suite d’arêtes qui se suivent et relient certains sommets du graphe. Si le premier sommet est a et le dernier b, on dira que la chaîne relie a et b.

En plus, on dira que la chaîne a pour longueur k lorsque le nombre d'arêtes de la chaîne est k. Une chaîne doit comporter au moins une arête.

a

d

b

e

c

•Par exemple, a-b-c-d-b-eest une chaîne qui relie a à e;elle a pour longueur 5.

Définition : cycle

• Un cycle dans un graphe G, est une chaîne qui a le même point de départ et d’arrivée.C’est-à-dire une suite d’arêtes qui se suivent et qui « se referment ».

En plus, on dira que la cycle a pour longueur klorsque le nombre d'arêtes du cycle est k.

a

d

b

e

c

•Par exemple, a-b-e-aest un cycle qui part de a;il est de longueur 3

Définition (rappel) : ordre d’un graphe

• ordre d’un graphe :

nombre de sommets

du graphe

a

d

b

e

c

Graphe d’ordre 5

Définition : graphe complet

graphe complet :

un graphe est

complet si quels que

soient deux sommets

distincts, il existe un

arc (ou une arête) les

reliant dans un sens

ou dans l'autre

(lorsqu’on a un

graphe orienté)

a

d

b

c

a

d

b

c

Graphe non complet

Graphe complet

d’ordre 4

Définition : graphe complet

graphe complet :

un graphe est

complet si quels que

soient deux sommets

distincts, il existe un

arc (ou une arête) les

reliant dans un sens

ou dans l'autre

(lorsqu’on a un

graphe orienté)

a

b

c

Graphe orienté

complet d’ordre 3

Graphe orienté

non complet

d’ordre 3

a

b

c

Définitions : distance et diamètre

• On appelle distance

entre deux sommets

la longueur de la plus

petite chaîne les

reliant.

• On appelle diamètre

d'un graphe la plus

longue des distances

entre deux sommets.

a

d

b

e

c

La distance entre a et e est 1

La distance entre a et d est 2

Le diamètre du graphe est 2

car c’est la plus grande distance

entre 2 sommets quelconques

Exemple : distance et diamètre

a

d

b

e

c

La distance entre a et e est 1

La distance entre a et d est 3

La distance entre c et b est 2

Le diamètre du graphe est 3

car c’est la plus grande distance

entre 2 sommets quelconques

Définition : degré d’un sommet

• Degré d’un sommet :

nombre d'arête issues

d'un sommet dans un

graphe non orienté;

nombre d’arcs

arrivant ou partant

d’un sommet dans un

arc orienté

a

d

b

e

c

Un graphe non orienté

Un graphe orienté

a

dbe

c

un sommet

de degré 3

un sommet

de degré 2

Définition : sous graphe

• sous graphe :le graphe G' est un sous graphe de G si l'ensemble des sommets de G' est inclus dans l'ensemble des sommets de G, et si l'ensemble des arcs de G' est égal au sous-ensemble des arcs de G reliant entre eux tous les sommets de G’ ; on a donc retiré de G certains sommets, et tous les arcs adjacents à ces sommets.

a

d

b

e

c

Graphe G

Graphe G’a

d

b

e

Exemple de sous graphe

• sous graphe :le graphe G' est un sous graphe de G si l'ensemble des sommets de G' est inclus dans l'ensemble des sommets de G, et si l'ensemble des arcs de G' est égal au sous-ensemble des arcs de G reliant entre eux tous les sommets de G’ ; on a donc retiré de G certains sommets, et tous les arcs adjacents à ces sommets.

a

d

b

e

c

Graphe G

Graphe G’a

d

b

e

g

fh

a

d

b

e

g

fh

Définition : sous ensemble stable

• Soit un graphe G, et F

un sous-ensemble de

l’ensemble des

sommets S.

On dit que F est un

sous ensemble stable

de S s’il n’existe

aucun arc du graphe G

reliant deux sommets

de F.

a

d

b

e

c

Graphe G

a d h

forme un sous ensemble stable

a

d

g

fh

a

d

h

Définition : successeur dans un graphe

orienté

Dans un graphe orienté,

pour un arc (x;y) donné,

on dit que

y est le successeur de x

x est le prédécesseur de y

t

y

x

z

Définition : matrice associée à un graphe

Pour le traitement

informatique, tout graphe

possède une matrice

booléenne (i.e avec des 0 et des 1 seulement)

associée : chaque ligne

indique les successeurs

par un 1, et l’absence de

successeur par un 0.

a

d

b

c

0 1 0 0

1 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 0

c

b d

c est en relation avec b et d

mais pas en relation avec a

a

matrice associée à un graphe non orienté

Lorsque le graphe est non

orienté, la matrice

associée est symétrique

par rapport à la diagonale.

Lorsqu’il n’y a pas de

boucle, il n’y a que des

zéros sur la diagonale.

a

d

b

c

0 1 0 0

1 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 0

c

b

c est en relation avec b et

b est en relation avec c

matrice associée à un graphe orienté

Lorsque le graphe est

orienté, la matrice n’est

pas forcément

symétrique.

Lorsqu’il n’y a pas de

boucle, il n’y a que des

zéros sur la diagonale.

a

d

b

c

0 0 0 0

1 0 0 1

0 1 0 0

0 0 1 0

b

a d

b est en relation avec a et d

mais a n’est pas en relation avec b

b

a

Graphe probabiliste

Pour décrire des

phénomènes aléatoires

se répétant, on peut

utiliser un graphe et la

matrice qui lui est

associée.

On parle alors de

graphe probabiliste (car

en lien avec des calculs

de probabilités).

a

2/3 1/3

3/5 2/5b

a b

a

b

1/3

2/5

3/5

2/3

La proba de passer de l’état a à l’état b est 1/3

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