初赛专题(七):图论概念 —— 度数、边数、一笔画与遍历

本讲定位:半讲体量的”快讲快练”专题。七年真题统计(见 cspj-exam-analysis-2019-2025.md):图论 2020 年起雷打不动每年 1 题、恒定 2 分,考法集中在数边数、判连通、一笔画三板斧,从不深挖算法实现(DFS/BFS 的代码属于复赛范围)。目标明确:这 2 分用十分钟的公式和一套手算流程稳稳拿下,省下的课时还给第 06 讲的遍历还原与哈夫曼练习。

前置知识:第 05 讲的组合数 $\binom{n}{2}$;第 06 讲的树(树 = 无环连通图,是本讲的特例)。

适合对象:CSP-J 初赛。标注 ⭐ 的小节为进阶内容,第一遍学习可以跳过。


1. 术语速览

图 = 顶点 + 边。术语一张表记完:

术语 含义 备注
无向边 / 有向边 $(u, v)$ 不分方向 / $\langle u, v \rangle$ 从 $u$ 指向 $v$ 全是无向边的图叫无向图
顶点的 与它相连的边数 有向图分入度(指进来)与出度(指出去)
路径 沿边走出的顶点序列 顶点不重复的叫简单路径
(回路) 起点 = 终点的路径 无环连通的无向图就是(第 06 讲)
连通 任意两点间都有路径 不连通的图分成若干连通分量
简单图 无重边、无自环 初赛数边数的题默认简单图

注意与树的用词区分:图的”度”数的是所有相连的边(树的”度”只数孩子)——同一个词两套定义,题目在哪个专题就用哪套。


2. 两个数边公式:初赛图论的基本盘

2.1 握手定理

每条无向边给两个端点各贡献 1 度,所以:

$$ \sum_{v} \deg(v) = 2|E| \qquad \text{(度数之和 = 边数的两倍)} $$

有向图版本:入度之和 = 出度之和 = 边数(每条边贡献一入一出)。

例 1:无向图有 8 个顶点、每个顶点度数都是 3,边数 $= \dfrac{8 \times 3}{2} = 12$。

两个免费推论,都是判断题素材:

2.2 完全图与连通的边数界

完全图(任意两点间都有边):

$$ \text{无向完全图边数} = \binom{n}{2} = \frac{n(n-1)}{2} \qquad \text{有向完全图弧数} = n(n-1) $$