Hamiltonian Cycles  and  Travelling Salesperson Problem

 

이산수학 : Richard Johnsonbaugh 저서, 강홍식.김정인.이도훈.이명재 번역, 교보문고, 1999 (원서 : Discrete Mathematics 6th ed, Prentice-Hall, 1997), Page 394~400

 

윌리엄 로완 해밀턴 (William Rowan Hamilton) 경은 1800 년 중반 12 면체의 모양에서 수수께끼 하나를 제시했다 (그림 1 참조). 각 꼭지점에 도시 이름을 주고, 문제는 어떤 도시에서 출발하여, 간선들을 따라서 한 도시를 한번만 방문하여, 최초의 출발 도시로 돌아오는 것이다. 12 면체의 간선의 그래프는 그림 2 에 주어져 있다. 해밀턴의 수수께끼를 그림 2 의 그래프에서 사이클을 찾을 수 있다면 문제는 해결된다. 다만 각 정점은 한 번만 포함되어야 한다 (출발점과 끝나는 점은 두 번 나타나는 것을 제외하고). 그림 3 에 주어진 해를 보기전에 스스로 문제의 해를 찾아보라.

그림 1  해밀턴 퍼즐

그림 2  해밀턴 퍼즐의 그래프

그림 3  그림 2 의 그래프에서 각 정점이 한번만 방문한다.

해밀턴의 업적을 기리어, 주어진 그래프에서 출발점과 종료점만 두 번 나타나는 것을 제외하고는 정점이 한 번씩만 나타나는 사이클을 해밀턴 사이클 (Hamiltonian cycle) 이라 한다.

해밀턴 (1805~1865)은 아일랜드의 대학자였다. 그는 듀브린 대학의 천문학 교수였고, 물리학과 수학 분야에서 많은 논문들을 집필했다. 수학 분야에서, 해밀턴은 사원법 (quaternions) 의 발명, 실수 체계의 일반화로 매우 유명하다. 그의 사원법은 현대 추상 대수의 발전에 영감을 주었다. 해밀턴은 벡터 용어를 도입했다.

 (예제 3.1)  

해밀턴 사이클을 찾는 문제는 그래프에서 오일러 사이클을 찾는 문제와 매우 유사해 보인다. 오일러 사이클은 각 간선을 한 번씩 방문하는 반면, 해밀턴 사이클은 각 정점을 한 번만 방문한다 ; 하지만 이 문제들은 실제 상당히 다른 문제이다. 예를 들어, 그림 4 의 그래프 G 는 홀수 차수의 정점들이 존재하기 때문에 오일러 사이클이 존재하지 않는다, 예제 1 은 G 가 해밀턴 사이클을 갖는 것을 보였다. 더 나아가 오일러 사이클에 대한 상황과는 다르게 (정리 2.17 과 2.18 참조), 그래프에서 해밀턴 사이클이 존재하기 위한 필요 충분 조건들은 쉽게 입증되지 않는다.

그림 4  해밀턴 사이클을 가지는 그래프

다음 예제들은 어떤 그래프가 해밀턴 사이클을 포함하고 있지 않다고 주장할 수 있는 예제들이다.

 (예제 3.2)  

그림 5  해밀턴 사이클이 업슨 그래프

그림 6  해밀턴 사이클을 가지는 그래프

 (예제 3.3)  

그림 7  해밀턴 사이클이 없는 그래프

 (예제 3.4)  

그림 8  판매원 방문 문제를 위한 그래프

 (예제 3.5)   -큐브안의 그레이 코드와 해밀턴 사이클

그림 9  병렬 계산을 위한 링 모델

 (정리 3.5)  

 (따름 정리 3.7)  

 (예제 3.8)  

     :

0

1

 

 

 

 

 

 

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100

 (예제 3.9)   기사 순회 문제

 

X

 

X

 

X

 

 

 

X

 

 

K

 

 

X

 

 

 

X

 

X

 

X

 

그림 10  체스에서 기사의 바른 움직임

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

그림 11 4×4 체스판과 그래프