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为什么具有 n 个顶点的连通无向图至少需要 n-1 条边?

为了确保任意两个顶点相互可达,图必须至少有 n-1 条边。当图形成树状结构(如星形图)时,可以达到这个最小值,此时边连接顶点而不形成环。

适用条件

  • G 是无向图。
  • G 有 n 个顶点。
  • G 是连通图。

理解与推导

  1. 考虑一个有 n 个顶点的图。
  2. 为了在不产生冗余的情况下连接所有顶点,逐一添加边以连接孤立的顶点或分量。
  3. 将 n 个顶点连接成一个连通分量所需的最少边数是 n-1。
  4. 用星形图例子验证:5 个顶点需要 4 条边才能保持连通。

例子

演讲者画了一个包含 5 个顶点(A, B, C, D, E)的星形图,其中中心顶点 C 连接到其他四个顶点。这恰好使用了 4 条边(n-1)来使整个图连通。

容易误解的地方

  • 将“连通”误认为“任意两个顶点必须直接相邻”,这将需要 n(n−1)/2n(n-1)/2 条边(完全图)。
  • 假设少于 n-1 条边仍能形成连通图,这实际上会导致至少一个顶点孤立。

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