中四 · Discrete Mathematics
图论中的网络
网络把地图、路线与连接变成可以度量的点和线,一个非常直观、现代的章节。
什么是图论中的网络?
网络(图)是一组称为顶点的点,由称为边的线连接。本章教你读画网络、数度数、求边上权重之和,并用它们来模拟路线与连接等实际情形。
内容标准(DSKP)
DSKP KSSM 为本章设定了以下内容标准:
核心概念
顶点、边与度数
一个顶点的度数是有多少条边在它处相交,最常见的快速题。
有向与加权网络
边可以带方向(单向)或权重(距离或成本),看清题目用的是哪种。
根据描述画网络
把文字情境转成清晰的图,是试卷二在这里最看重的技能。
本章如何考
预期会根据表格或描述画出或补全网络、数度数,有时还要沿一条路线累加权重。图画整洁很重要,挤成一团的草图会数错。
只要图清晰,试卷二的题目通常结构良好、方法分给得慷慨。
如何复习本章
要避开的常见错误
- 边画得太近时数错度数
- 忽略有向边的方向
- 网络图画得凌乱,评卷员看不懂
度数之和永远是边数的两倍
每条边都连着两端,所以每条边恰好给它的两个顶点各加 1,共加 2。把所有顶点的度数相加,必然得到边数的两倍:Σ(度数) = 2 × (边数)。
这一下给了两样东西。已知边数时,它是求缺失度数的快捷方法;它又是自检:所有度数之和永远是偶数,所以如果你的度数加起来是奇数,那就在某处数错了。
一个环给它自己的顶点算 2;若有多条边连着同一对顶点,每条各自单独计算。
树与子图
子图就是网络的一部分:保留原图的一些顶点和一些边,不新增任何东西。树是一种特殊的连通网络,没有回路,你无法从某个顶点出发、沿着边走而不重复,再回到起点。
树有一条值得记的整齐规则:有 n 个顶点的树恰好有 n − 1 条边。所以连接 6 个城镇的树恰好用 5 条路。
如果一个有 n 个顶点的网络有 n − 1 条边且连成一片,它就是树;再加一条边就会产生回路。
读懂有向网络和加权网络
在有向网络里,每条边是单向箭头,所以一个顶点有两个独立的计数:出度(离开它的箭头)和入度(进入它的箭头)。路线必须顺着箭头方向走,不能逆着箭头前进。
在加权网络里,每条边还带一个数:以 km 为单位的距离、以 RM 为单位的成本,或以分钟为单位的时间。要求一条路线的总和,就按顺序列出你实际用到的边,只把它们的权重相加,顶点本身没有数值。
看清箭头、只加所选路径上的边,能避免这个课题里大部分丢分。
一道考试式例题
这个例子先用度数之和的规则求缺失度数,再把路线上的权重加起来,这是第二试卷常一起考的两项技能。
- (a) 所有度数之和等于边数的两倍:Σ(度数) = 2 × 9 = 18。
- 把已知的五个度数相加:3 + 2 + 4 + 3 + 2 = 14。
- F 的度数 = 18 − 14 = 4。
- (b) 这条路线用了三条边,权重为 5、8 和 6。总权重 = 5 + 8 + 6 = 19。
学习图论中的网络
常见问题
本章如何考
SPM 数学通过 数学试卷一(客观题) 与 数学试卷二(主观题) 考查本章,依据上述 DSKP 内容标准。试卷二为步骤给分,因此写出每一步很重要。
要避开的常见错误
边画得太近时数错度数; 忽略有向边的方向; 网络图画得凌乱,评卷员看不懂.
图论中的网络有公式在考试中提供吗?
本章在考试公式表上没有公式,步骤需靠记忆与方法。
怎样才能正确数出一个顶点的度数?
数有多少条边的端点连到该顶点,而不是它能到达多少个别的顶点。每条普通边加 1。
环(从同一顶点出发又回到该顶点)加 2。若两个顶点之间有不止一条边,每条边各自单独计算。
快速检查:所有度数加起来必须是偶数。
什么样的网络才是树?
树是连通的,每个顶点都能从其他任一顶点到达,且没有回路,也就是无法在不重复边的情况下绕回起点。整齐的判定是边数:有 n 个顶点的树恰好有 n − 1 条边。
若更多,必有回路;若更少,就没有完全连通。
在有向网络里,入度和出度是什么意思?
在有向网络里,每条边都是箭头。一个顶点的出度数它指向外的箭头,入度数指向它的箭头。
同一顶点两者可以不同,三个箭头离开、一个进入,就是出度 3、入度 1。追踪路线时,你必须始终顺着箭头所指的方向前进。
资料来源:DSKP KSSM Mathematics Form 4 and 5 (Versi English)· SPM: Format Pentaksiran mulai 2021, Matematik (1449)