Ciclo euleriano

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Un ciclo euleriano o circuito euleriano es aquel camino que recorre todas las aristas de un grafo tan solo una única vez, siendo condición necesaria que regrese al vértice inicial de salida (ciclo = camino en un grafo donde coinciden vértice inicial o de salida y vértice final o meta). Una definición más formal lo define como: "aquel ciclo que contiene todas las aristas de un grafo solamente una vez". Se debe tener en cuenta que no importa la repetición de vértices mientras no se repitan aristas.

En la teoría de grafos, un camino euleriano es un camino que pasa por cada arista una y solo una vez. Un ciclo o circuito euleriano es un camino cerrado que recorre cada arista exactamente una vez. El problema de encontrar dichos caminos fue discutido por primera vez por Leonhard Euler, en el famoso problema de los puentes de Königsberg.

En relación con los ciclos eulerianos Carl Hierholzer publicó la primera caracterización completa de los grafos eulerianos en 1873, probando matemáticamente que de hecho los grafos eulerianos son exactamente aquellos grafos que están conectados con todos y donde cada uno de los vértices tienen grado par.

Ciclos eulerianos[editar]

Dibujar un sobre abierto, como el de la imagen, sin levantar el lápiz del papel ni pasar dos veces por el mismo sitio, es posible. En cambio, dibujar el sobre cerrado (prescindiendo del punto 5 y sus líneas adyacentes) es imposible.

En la imagen,  C=\{ 1,2,3,4,6,3,5,4,1\}\, es un ciclo euleriano, luego es un grafo euleriano.

Un grafo es una representación, un modelo, compuesto por un número determinado de vértices (nodos) y un número de arcos (aristas) que los relacionan, cada arista o arco tiene la capacidad de relacionar dos nodos. La palabra ciclo se emplea en teoría de grafos para indicar un camino cerrado en un grafo, es decir, en que el nodo de inicio y el nodo final son el mismo, como contrapartida un camino hamiltoniano es un camino que recorre todos los vértices de un grafo sin pasar dos veces por el mismo vértice. Si el camino es cerrado se dice un ciclo hamiltoniano.

Si un grafo admite un ciclo euleriano, se denomina grafo euleriano.

Historia[editar]

El origen de la teoría de los ciclos eulerianos fue planteado y resuelto por el propio Leonhard Euler en 1736 en un problema que tiene el nombre de Siete puentes de la ciudad de Königsberg (Prusia oriental en el siglo XVIII y actualmente, Kaliningrado, provincia rusa) dando origen a la Teoría de los grafos.

El problema se enuncia de la siguiente forma: Dos islas en el río Pregel, en Königsberg se unen entre ellas y con la tierra firme mediante siete puentes. ¿Es posible dar un paseo empezando por una cualquiera de las cuatro partes de tierra firme, cruzando cada puente una sola vez y volviendo al punto de partida?

Puentes Konigsberg.jpg

Euler enfocó el problema representando cada parte de tierra por un punto y cada puente, por una línea, uniendo los puntos que se corresponden. Entonces, el problema anterior se puede trasladar a la siguiente pregunta: ¿se puede recorrer el dibujo sin repetir las líneas?

Konigsburg graph.svg

Euler demostró que no era posible puesto que el número de líneas que inciden en cada punto no es par (condición necesaria para entrar y salir de cada punto, y para regresar al punto de partida, por caminos distintos en todo momento).

Casos[editar]

Dado un grafo conexo (no existen nodos aislados) y no dirigido G=(V,E\,), si G\, tiene exactamente dos vértices de grado impar, entonces G\, tiene un camino euleriano no cerrado. En caso de que todos los vértices tengan grado par, G\, tiene un ciclo euleriano.

Teorema[editar]

Dado G(V,E\,) no orientado y conexo; si tiene 2k\, nodos de grado impar, entonces G\, puede ser escrito como unión de k\, caminos (simples) distintos sobre los arcos y valen las siguientes expresiones:

1) G\, es euleriano;
2)  \forall v\in\ V con grado (v) \ge 2 y par.
3) G=\coprod_{i=1}^n C_i todos disjuntos (caminos distintos) en los arcos,
es decir  C^E_i \cap \; C^E_j =  \emptyset\; con {i \not\ne \; j}

\forall C_i va de un nodo de grado impar a un nodo de grado impar.

Un grafo admite un camino euleriano cuando tiene exactamente dos nodos de grado impar (conexos a los caminos).

Propiedades[editar]

  • Un grafo conexo y no dirigido se dice que es euleriano si cada vértice tiene un grado par.
  • Un grafo no dirigido es euleriano si es conexo y si se puede descomponer en uno con los vértices disjuntos.
  • Si un grafo no dirigido G es euleriano entonces su gráfo-línea L(G) se dice que es también euleriano.
  • Un grafo dirigido es euleriano si es conexo y cada vértice tiene grados internos iguales a los externos.
  • Un grafo no dirigido se dice que es susceptible de ser recorrido (en inglés: traversable) si es conexo y al menos dos vértices en el grafo tienen grado impar.

Contando circuitos eulerianos en dígrafos[editar]

El número de circuitos euleriano en los dígrafos puede ser calculado mediante el teorema denominado en Inglés: BEST-theorem, procedente de los nombres de sus fundadores: de Bruijn, van Aardenne-Ehrenfest, Smith y Tutte.

En dicho teorema se menciona que dado un dígrafo euleriano G := (VE), el número ciclos eulerianos no-equivalentes en el grafo es

C \prod_{v \in V}(\deg^+(v)-1)!

o equivalentemente

C \prod_{v \in V}(\deg^-(v)-1)!

siendo C cualquier cofactor de la matriz laplaciana de G.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  • "Solutio problematis ad geometriam situs pertinentis", Euler, L.,Comment. Academiae Sci. I. Petropolitanae 8 (1736), 128-140.
  • "Über die Möglichkeit, einen Linienzug ohne Wiederholung und ohne Unterbrechnung zu umfahren",Hierholzer, C. Mathematische Annalen 6 (1873), 30-32.
  • Récréations Mathématiques IV, Lucas, E., Paris, 1921.
  • "Deux problemes de geometrie de situation", Fleury, Journal de mathematiques elementaires (1883), 257-261.
  • "Discrete Mathematics with Applications", Susanna Epp, Fourth Edition