تعداد صفحات: ۲۲ | قابل ویرایش
مقدمه
بسیاری از وضعیتهای دنیای واقعی را می‌توان به راحتی به وسیله نموداری متشکل از مجموعه‌ای از نقاط و خطوطی که زوجهای معینی از این نقاط را به هم وصل می‌کنند، توصیف کرد. مثلا نقاط می‌توانند معرف افراد باشند و خطوط واصل بین زوجها می‌توانند معرف دستها باشند یا هر چیز دیگر که در اطراف خود می‌بینیم. مثل اینکه نقاط معرف اهداف ما و خطوط واصل می‌تواند راههای رسیدن به اهداف باشند. توجه کنید در چنین نمودارهایی آنچه بیشتر مورد توجه ما قرار می‌گیرد این است که آیا بین دو نقطه مفروض یک خط وصل شده است یا خیر. شیوه وصل مهم نیست.
تجرید ریاضی وضعیتهایی از این نوع به پیدایش گراف منجر شده است. این نمودارها دارای کاربردهای بسیار وسیعی در علم کامپیوتر و انواع مهندسی ، علوم پایه به خصوص ژنتیک می‌باشند. در واقع اهمیت و قابل لمس بودن این بخش از ریاضیات غیر قابل انکار است.
مسئله کوتاهترین مسیر
فرض کنید به هر یال e ی گراف G عددی نسبت داده شده باشد، در این صورت عدد نسبت داده شده وزن هر سال و چنین گرافی را گراف وزن دار می‌نامیم. این اعداد تعبیرهای مختلفی در کاربردهای متفاوت می‌توانند داشته باشند، مثلا می‌تواند مقدار هزینه سفر از نقطه‌ای به نقطه دیگر یا معرفی مخارج ساختن یا نگهداری خطهای ارتباطی مختلف یا حتی بیانگر شدت دوستی بین دو فرد باشد.
به عنوان مثال شبکه راه آهنی را تصور کنید شهرهای مختلف را به هم وصل می‌کند، هدف ما پیدا کردن مسیری با Min وزنی است که دو رأس را به هم وصل می کند که در اینجا وزنها معرف فاصله‌ها می‌باشند. الگوریتمی که به حل این مسئله می‌پردازد اولین بار توسط دیکسترا (۱۹۵۹) و بطور مستقل وایتینگ و هیلیه (۱۹۶۰) کشف کردند. این الگوریتم نه تنها کوتاهترین مسیر را می‌یابد بلکه کوتاهترین مسیر از به همه رأسهای گرا ف G را نیز پیدا می‌کند.
مسئله پستچی چینی
یک پستچی در راستای شغلش ، نامه‌ها را از پستخانه تحویل می‌گیرد. آنها را به صاحبان نامه تحویل می‌دهد و سپس یه پستخانه بر می‌گردد. البته ، او باید در ناحیه‌اش هر خیابان را حداقل یک بار بپیماید. با توجه به این شرط ، او مایل است مسیرش را به طریقی انتخاب کند که کمترین راه ممکن را طی کند.
این مسئله به مسئله پستچی چینی معروف است. زیرا اولین بار کوان ، ریاضیدان چینی (۱۹۶۲) آن را بررسی کرد. برای حل این مسئله بدیهی است که مسئله به یافتن مسیری با Min وزن در یک گراف همبند وزن دار با وزنهای نامنفی شباهت دارد. به این ترتیب که اگر گراف G را یک گراف اویلری در نظر بگیریم هر مسیری یک مسیر اپتیمال است، زیرا یک مسیر اویلری ، مسیری است که هر یال دقیقا یکبار طی می‌شود. مسئله پستچی به راحتی در این حالت حل می‌شود.
مسئله جدول زمانی
در یک مدرسه ، m معلم و n کلاس وجود دارند. اگر بدانیم از معلم خواسته شده است که در کلاس برای دوره‌های تدریس کند، جدول زمانی کاملی را با Min تعداد دوره‌های ممکن برنامه ریزی کنید. مسئله فوق به مسئله جدول زمانی مشهور است و می‌توان آن را با استفاده از نظریه رنگ آمیزی یالی توسط گراف دوبخش G با بخشهای (X,Y) حل کرد که در آن } و } و رأسهای به وسیله یالهای به هم متصل می‌شوند. اکنون در هر دوره ، یک معلم حداکثر می‌تواند در یک کلاس تدریس کنید و تدریس در هر کلاس به وسیله حداکثر یک معلم می‌تواند انجام شود.
لذا برنامه ریزی آموزشی برای یک دوره متناظر با جور سازی در گراف است و برعکس هر جورسازی ، متناظر با تخصیص ممکن از معلمان به کلاسها برای یک دوره است. بنابراین مسئله ما یافتن افراز یالهای G به کمترین جور سازیهای ممکن. که آن ، رنگ آمیزی مناسب یالهای G با کمترین رنگ ممکن است.
در مطالب فوق به تعدادی از کاربردهای گراف در بخشهای مختلف اشاره شد البته شایان ذکر است که گراف دارای کاربردهای متنوع دیگری نیز هست. زیباترین و جالب ترین کاربرد گراف در علم ژنتیک است که توسط گراف به نتایج حیرت آوری می‌رسیم.
