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GRAPH THEORY · STRUCTURES FIRST

图论
学习资料

从定义顶点、边和关系开始,沿着语言、结构、证明、反例和数形结合建立数学图论主线;最短路、生成树、网络流和网络科学作为应用支线,用来检验结构能否落到问题上。

CURRICULUM27连续 27 章 · 从基础结构到进阶专题
MATH SPINE主线优先定义、结构、证明、反例、数形结合
BRANCHES3 类结构专题 · 图上优化 · 网络与项目
PROGRESS0 / 27完成章节后会自动记录

CURRICULUM · 27 UNITS

按章节顺序学习图论

从第 0 章开始,依次学习到第 26 章:先建立数学结构,再进入图上优化、网络观察和综合项目。第 25 章介绍八组进阶专题,第 26 章综合运用全书方法。

显示全部 27 章

学习建议:从第 0 章起按编号依次学习即可。第 5 章包含组合计数,第 6 章介绍 Hamilton 结构,第 19 章进入平面图进阶专题;先修说明会提示需要回顾的概念。

A · MATHEMATICAL SPINE

数学核心主线

对象 → 路与连通 → 树 → 匹配与连通度 → 平面与着色 → 有向图 → 极值、概率与代数;树计数和 Hamilton 已标出各自支线属性。

CHAPTER 0 · OVERVIEW0

第 0 章 · 图论导入:为什么用图理解世界

从重要性、七桥问题和现实应用出发,学会看见对象之间的关系,并带着清楚的问题进入图论主线。

重要性七桥问题学习路线
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CHAPTER 01 · LANGUAGE1

第 1 章 · 图的基本语言

从 G=(V,E) 出发学习顶点、边、图的类型、邻接、度数、握手定理、完全图与度数序列判别。

定义度数序列握手定理
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CHAPTER 02 · ROUTES2

第 2 章 · 路、迹、步行与环

从顶点序列定义不同的走法,区分重复规则、闭合关系和环,再用距离与证书判断结构。

路迹环
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CHAPTER 03 · CONNECTIVITY3

第 3 章 · 连通性、分量、桥与割点

从路径可达与分量出发,研究删边、删点后的结构变化,并用环、DFS 和 low 值证明脆弱位置。

分量关键边割点
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CHAPTER 04 · TREES4

第 4 章 · 树与森林

从连通与无环出发,证明唯一通路、边数与叶顶点性质,再理解森林、根树和生成树。

树森林生成树
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CHAPTER 05 · COUNTING TREES5

第 5 章 · 树的计数:Prüfer 与 Cayley

组合计数支线:用编码把树变成序列,证明标号树计数;掌握第 4 章即可进入,不是连通—匹配主线的必要先修。

组合计数支线PrüferCayley
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CHAPTER 06 · EULER-HAMILTON6

第 6 章 · 欧拉基础与 Hamilton 专题

欧拉走法是基础结构;Hamilton 走法作为经典结构支线提前预览,用度数、连通性、割点和反例说明边界。

欧拉基础Hamilton 专题反例
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CHAPTER 07 · MATCHING7

第 7 章 · 二分图与匹配

定义二分图与匹配,用增广路和 Hall 条件分析最大分配,为一般匹配理论准备语言。

二分图Hall 条件增广路
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CHAPTER 08 · MATCHING II8

第 8 章 · 一般图匹配:Berge、Kőnig 与 Tutte

区分二分图结论与一般图结论,研究增广结构、覆盖关系和一般匹配的存在性。

BergeKőnigTutte
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CHAPTER 09 · CONNECTIVITY II9

第 9 章 · 连通度与 Menger 定理

从桥与割点走向点/边连通度、不交路径、块和 Menger 定理,补齐连通性主线。

Menger连通度块
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CHAPTER 10 · PLANARITY10

第 10 章 · 平面图与欧拉公式

定义平面嵌入、面和边界,用欧拉公式、面度数和对偶图研究平面结构。

平面嵌入欧拉公式对偶
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CHAPTER 11 · PLANARITY II11

第 11 章 · 平面图进阶:Kuratowski 与 Wagner

定义细分、收缩和图小式,说明 K₅、K₃,₃ 为什么是阻碍,并比较两种完整刻画。

Kuratowski细分Wagner
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CHAPTER 12 · COLORING12

第 12 章 · 着色、独立集、覆盖与 Brooks 定理

定义合法着色、独立集与覆盖,用上下界、排序证书和 Brooks 定理分析冲突关系中的颜色限制。

色数Brooks覆盖
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CHAPTER 13 · COLORING II13

第 13 章 · 着色进阶:边着色与色多项式

从顶点着色扩展到边着色、线图、Vizing 定理和色多项式,比较颜色界与递推计数。

边着色Vizing色多项式
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CHAPTER 14 · DIGRAPHS14

第 14 章 · 有向图:强连通与凝聚图

从有向边、可达性和强连通分量出发,证明凝聚图无环,并建立合法线性序、定向树与竞赛图语言。

强连通凝聚图定向树
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CHAPTER 15 · DAG15

第 15 章 · DAG、拓扑序与关键路径

先把 DAG 放在有向图之后理解,再把拓扑序存在性和关键路径作为结构到应用的桥梁。

DAG拓扑序关键路径
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CHAPTER 16 · EXTREMAL16

第 16 章 · 极值图论:Mantel 与 Turán

从禁止三角形和更大团出发,证明平衡完全二分图、Turán 图及其唯一等号结构。

MantelTurán禁止子图
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CHAPTER 17 · RAMSEY & PROBABILITY17

第 17 章 · Ramsey 理论与概率方法

从任意着色必现的局部结构出发,建立 Ramsey 数、随机图、期望法、阈值与二阶矩。

Ramsey随机图概率方法
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CHAPTER 18 · ALGEBRAIC GRAPH THEORY18

第 18 章 · 代数图论:矩阵、圈空间与谱

用关联矩阵、圈空间、割空间、矩阵树定理和拉普拉斯谱读取同一张图的代数信息。

矩阵圈空间谱
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B · STRUCTURAL TOPIC

结构专题延伸

基础同构在第 1 章已经预览;第 19 章只回顾判别框架,再进入自同构、群作用和图同态,不与应用算法混在一起。

C · OPTIMIZATION BRANCH

图上优化支线

这些章节统一放在数学结构之后,用定理、证书和反例说明算法的输入假设与边界。

D · NETWORK & PROJECT

网络观察与综合项目

网络指标和校园项目依赖前面的数学结构与优化工具,放在支线后面,避免倒置先修关系。

E · ADVANCED MATHEMATICAL TOPICS

数学图论专题篇

第 25 章把八组进阶内容各自编成学习单元,给出先修、图示、定义、定理、证明深度和练习。

F · FINAL SYNTHESIS

全课程终结综合

完成主线、支线与进阶专题后,统一调用定义、图形、计算、证明、反例和资料卡,完成一份可审阅的图论命题报告。

MATHEMATICAL METHOD

数学主线的四个动作

算法不是起点。每学一个对象,都先把它定义清楚,再从图形、符号、证明和反例四个方向反复确认。

◇

定义对象

先规定讨论的图和关系。

  • 顶点、边、方向与权重
  • 简单图、多重图与自环
  • 路径、连通、匹配与嵌入
⌁

读出结构

从图形和不变量发现规律。

  • 度数、分量、环与割
  • 树、面、颜色与对偶
  • 计数、上下界与极值构造
∴

写出证明

把“看起来成立”变成必然结论。

  • 归纳、反证与双计数
  • 极小反例与交换论证
  • 定理条件、推论与失效边界
⊙

数形互证

让公式、图形和证书互相检查。

  • 图形 → 符号 → 手算
  • 公式 → 结构 → 反例
  • 结论、构造和复核证书

APPLICATION BRANCH · INTERACTIVE LAB

应用支线:在一张图上观察算法

点击节点改变起点,再切换 BFS、DFS 或 Dijkstra。这个实验台用于验证已学结构,不代表数学主线的章节顺序。

A B C D E F
WATCH THE STRUCTURE

广度优先搜索

一层一层扩展,适合无权图中的最少边数路径。

选择起点(点击图中的节点也可以)
    边上的数字是权重;BFS / DFS 暂不使用权重。

    STUDY METHOD

    每一章固定走三步

    图论最重要的不是堆叠术语,而是能说清楚定义、模型、证明、证据和失败边界。

    01 · DRAW

    先画出对象和关系

    标明节点、边、方向、权重和特殊限制;画不清楚时先不要写算法。

    02 · PROVE

    再说明为什么成立

    用不变量、反例或等价条件检查推理,而不是把样例输出当成证明。

    03 · VERIFY

    最后让结果可复查

    给出路径、树边、割、匹配或着色方案,并记录复杂度和未覆盖的情况。

    REFERENCE DESK

    数学图论资料台

    先沿数学主线学习定义、结构和证明,再用经典教材与数学系课程核对定理范围;算法文档可配合应用支线阅读。

    学习顺序已经统一先完成对象、结构和证明主线,再进入结构专题、图上优化、网络与项目;第 25 章补齐数学图论专题,第 26 章完成全课程综合。

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