Bipartit (Graphentheorie)

bipartiter Graph

allgemeiner:

perfekter Graph k-partiter Graph

Beispiele:

Vollständig bipartite Graphen Bäume

K_3,3: vollständig bipartiter Graph mit 3 Knoten pro Teilmenge

Ein einfacher Graph G = (V,E) (V Menge der Knoten, E Menge der Kanten) heißt in der Graphentheorie bipartit (auch paar), falls sich seine Knoten in zwei disjunkte Teilmengen A und B aufteilen lassen, sodass zwischen den Knoten innerhalb beider Teilmengen keine Kanten verlaufen. Das heißt für eine Kante $\{v,w\} \in E$ gilt entweder $v \in A$ und $w \in B$ oder aber $w \in A$ und $v \in B$. Die Menge {A, B} bezeichnet man dann als Bipartition des Graphen G. Vereinfacht dargestellt, ist ein bipartiter Graph ein Graph, in dem zwei Gruppen von Knoten existieren, innerhalb derer keine Knoten miteinander verbunden sind.

Der Graph G heißt vollständig bipartit, falls eine Bipartition {A,B} existiert, für die für jedes Paar (a,b) mit $a \in A$ und $b \in B$ die Kante {a,b} zu E gehört (d.h. jeder Knoten aus A ist mit jedem Knoten aus B verbunden, wie in der Graphik rechts zu sehen). Einen solchen Graphen bezeichnet man auch als K_m,n, wobei m und n die Anzahl der Knoten von A bzw. B sind.

Folgerungen

Die Teilmengen A und B sind also schon nach Definition stabile Mengen und die Bipartition impliziert eine mögliche 2-Färbung des Graphen. Umgekehrt sind alle 2-färbbaren Graphen bipartit.

Für bipartite Graphen lassen sich viele Grapheneigenschaften mit weniger Aufwand berechnen als dies im allgemeinen Fall möglich ist.

Mit einem einfachen Algorithmus, der auf Tiefensuche basiert, lässt sich in linearer Zeit bestimmen, ob ein Graph bipartit ist, und eine gültige Partition bzw. 2-Färbung ermitteln.

Eigenschaften

• Die Paarungszahl entspricht der Knotenüberdeckungszahl.
• Mit dem Algorithmus von Hopcroft und Karp lässt sich in $O(m\sqrt{n})$ eine größte Paarung finden und darüber auch die Stabilitätszahl bestimmen.
• Der chromatische Index entspricht seinem Maximalgrad. Eine gültige Kantenfärbung lässt sich in O(nm) bestimmen.
• Ein regulärer bipartiter Graph besitzt ein perfektes Matching.
• Ein Graph ist genau dann bipartit, wenn er keinen Kreis ungerader Länge enthält.

Anwendung

Petri-Netz

Siehe auch

k-partiter Graph

Weblinks