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第五章 图与网络模型及方法
§1 概论
图论起源于 18 世纪。第一篇图论论文是瑞士数学家欧拉于 1736 年发表的“哥尼
斯堡的七座桥”。1847 年，克希霍夫为了给出电网络方程而引进了“树”的概念。1857
年，凯莱在计数烷
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的同分异构物时，也发现了“树”。哈密尔顿于 1859 年提
出“周游世界”游戏，用图论的术语，就是如何找出一个连通图中的生成圈，近几十年
来，由于计算机技术和科学的飞速发展，大大地促进了图论研究和应用，图论的理论和
方法已经渗透到物理、化学、通讯科学、建筑学、生物遗传学、心理学、经济学、社会
学等学科中。
图论中所谓的“图”是指某类具体事物和这些事物之间的联系。如果我们用点表示
这些具体事物，用连接两点的线段（直的或曲的）表示两个事物的特定的联系，就得到
了描述这个“图”的几何形象。图论为任何一个包含了一种二元关系的离散系统提供了
一个数学模型，借助于图论的概念、理论和方法，可以对该模型求解。哥尼斯堡七桥问
题就是一个典型的例子。在哥尼斯堡有七座桥将普莱格尔河中的两个岛及岛与河岸联结
起来问题是要从这四块陆地中的任何一块开始通过每一座桥正好一次，再回到起点。当
然可以通过试验去尝试解决这个问题，但该城居民的任何尝试均未成功。欧拉为了解决
这个问题，采用了建立数学模型的方法。他将每一块陆地用一个点来代替，将每一座桥
用连接相应两点的一条线来代替，从而得到一个有四个“点”，七条“线”的“图”。问
题成为从任一点出发一笔画出七条线再回到起点。欧拉考察了一般一笔画的结构特点，
给出了一笔画的一个判定法则：这个图是连通的，且每个点都与偶数线相关联，将这个
判定法则应用于七桥问题，得到了“不可能走通”的结果，不但彻底解决了这个问题，
而且开创了图论研究的先河。
图与网络是运筹学（Operations Research）中的一个经典和重要的分支，所研究的
问题涉及经济管理、工业工程、交通运输、计算机科学与信息技术、通讯与网络技术等
诸多领域。下面将要讨论的最短路问题、最大流问题、最小费用流问题和匹配问题等都
是图与网络的基本问题。
我们首先通过一些例子来了解网络优化问题。
例 1 最短路问题（SPP－shortest path problem）
一名货柜车司机奉命在最短的时间内将一车货物从甲地运往乙地。从甲地到乙地的
公路网纵横交错，因此有多种行车路线，这名司机应选择哪条线路呢？假设货柜车的运
行速度是恒定的，那么这一问题相当于需要找到一条从甲地到乙地的最短路。
例 2 公路连接问题
某一地区有若干个主要城市，现准备修建高速公路把这些城市连接起来，使得从其
中任何一个城市都可以经高速公路直接或间接到达另一个城市。假定已经知道了任意两
