المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
تأثير الأسرة والوراثة في الأخلاق
2024-10-28
تأثير العشرة في التحليلات المنطقيّة
2024-10-28
دور الأخلّاء في الروايات الإسلاميّة
2024-10-28
ترجمة ابن عبد الرحيم
2024-10-28
ترجمة محمد بن لب الأمي
2024-10-28
من نثر لسان الدين
2024-10-28

أجر الحسنة ، عشرة أضعاف
3-10-2014
من هم أهل الذكر؟
21-10-2014
حقول علم المحاسبة Fields of Accounting
30-1-2022
تصنيف الطرق المعبدة - طرق الدرجة الأولى
5-8-2022
الحسن الجعفي.
14-2-2017
Euploidy
2-4-2018

Hamiltonian Cycle  
  
2278   02:48 صباحاً   date: 1-3-2022
Author : Angluin, D. and Valiant, L
Book or Source : "Probabilistic Algorithms for Hamiltonian Circuits and Matchings." J. Comput. Sys. Sci. 18,
Page and Part : ...


Read More
Date: 3-4-2022 1294
Date: 9-2-2016 1383
Date: 5-4-2022 1270

Hamiltonian Cycle

A Hamiltonian cycle, also called a Hamiltonian circuit, Hamilton cycle, or Hamilton circuit, is a graph cycle (i.e., closed loop) through a graph that visits each node exactly once (Skiena 1990, p. 196). A graph possessing a Hamiltonian cycle is said to be a Hamiltonian graph. By convention, the singleton graph K_1 is considered to be Hamiltonian even though it does not posses a Hamiltonian cycle, while the connected graph on two nodes K_2 is not.

 

The Hamiltonian cycle is named after Sir William Rowan Hamilton, who devised a puzzle in which such a path along the polyhedron edges of an dodecahedron was sought (the Icosian game).

A Hamiltonian cycle of a graph can be computed efficiently in the Wolfram Language using FindHamiltonianCycle[g][[All, All, 1]][[1]] (where the cycle returned is not necessarily the lexicographically first one). All simple (undirected) cycles of a graph can be computed time-efficiently (but with a memory overhead of more than 10 times that needed to represent the actual cycles) using Sort[FindHamiltonianCycle[gAll][[All, All, 1]]]. (Note the cycles returned are not necessarily returned in sorted order by default.) Possible Method options to FindHamiltonianCycle include "Backtrack""Heuristic""AngluinValiant""Martello", and "MultiPath". In addition, the Wolfram Language command FindShortestTour[g] attempts to find a shortest tour, which is a Hamiltonian cycle (with initial vertex repeated at the end) for a Hamiltonian graph G if it returns a list with first element equal to the vertex count of G.

Precomputed lists of Hamiltonian cycles for many named graphs can be obtained using GraphData[graph"HamiltonianCycles"]. Precomputed counts of the corresponding number of Hamiltonian cycles may similarly be obtained using GraphData[graph"HamiltonianCycleCount"]..

The total numbers of directed Hamiltonian cycles for all simple graphs of orders n=1, 2, ... are 0, 0, 2, 10, 58, 616, 9932, 333386, 25153932, 4548577688, ... (OEIS A124964).

In general, the problem of finding a Hamiltonian cycle is NP-complete (Karp 1972; Garey and Johnson 1983, p. 199), so the only known way to determine whether a given general graph has a Hamiltonian cycle is to undertake an exhaustive search. Rubin (1974) describes an efficient search procedure that can find some or all Hamilton paths and circuits in a graph using deductions that greatly reduce backtracking and guesswork. A probabilistic algorithm due to Angluin and Valiant (1979), described by Wilf (1994), can also be useful to find Hamiltonian cycles and paths.

HamiltonianTetrahedron HamiltonianOctahedron HamiltonianCube HamiltonianDodecahedron HamiltonianIcosahedron

HamiltonianPlatonicCycles

All Platonic solids are Hamiltonian (Gardner 1957), as illustrated above.

Khomenko and Golovko (1972) gave a formula giving the number of graph cycles of any length, but its computation requires computing and performing matrix operations involving all subsets up to size n-2, making it computationally expensive. A greatly simplified and improved version of the Khomenko and Golovko formula for the special case of n-cycles (i.e., Hamiltonian cycles) gives

 c_n=1/(2n)sum_(i=2)^n(-1)^(n-i)sum_(|S|=n-i)Tr(A_S^n),

where A_S^k is the kth matrix power of the submatrix of the adjacency matrix A with the subset S of rows and columns deleted (Perepechko and Voropaev).

The following table summarizes the numbers of (undirected) Hamiltonian cycles on various classes of graphs. The n-hypercube is considered by Gardner (1986, pp. 23-24), who however gives the counts for an n-hypercube for n=1, 2, ... as 2, 8, 96, 43008, ... (OEIS A006069) which must be divided by 2^n to get the number of distinct (directed) cycles counting shifts of points as equivalent regardless of starting vertex.

graph OEIS sequence
Andrásfai graph A307902 0, 1, 5, 145, 8697, 1109389, 236702901, ...
antiprism graph A306447 X, X, 16, 29, 56, 110, 225, 469, 991, 2110, 4511, ...
(n,n)-black bishop graph A307920 X, X, 0, 4, 704, 553008, , 13802629632, 1782158930138112, ...
cocktail party graph K_(n×2) A307923 0, 1, 16, 744, 56256, ...
complete graph K_n A001710 0, 0, 1, 3, 12, 60, 360, 2520, 20160, 181440, ...
complete bipartite graph K_(n,n) A010796 0, 1, 6, 72, 1440, 43200, 1814400, ...
complete tripartite graph K_(n,n,n) A307924 1, 16, 1584, 463104, 29928960, ...
2n-crossed prism graph A007283 X, X, X, 6, 12, 24, 48, 96, 192, 384, 768, 1536, ...
crown graph A306496 1, 6, 156, 4800, 208440, 11939760, 874681920, ...
cube-connected cycle A000000 X, X, 6, 28628, ...
cycle graph C_n A000012 X, X, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, ...
folded cube graph A307925 X, 0, 3, 72, 23760, 332012113920, ...
grid graph P_n square P_n A003763 0, 1, 0, 6, 0, 1072, 0, 4638576, 0, ...
grid graph P_n square P_n square P_n A000000 0, 6, 0, ?, 0, ...
halved cube graph A307926 0, 0, 3, 744, 986959440, 312829871511322359060480, ...
hypercube graph Q_n A066037 0, 1, 6, 1344, 906545760, ...
(n,n)-king graph A140519 X, 3, 16, 2830, 2462064, 22853860116, ...
(n,n)-knight graph A001230 X, 0, 0, 0, 0, 9862, 0, 13267364410532, ...
n-ladder graph A057427 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, ...
Möbius ladder A103889 X, X, X, 6, 5, 8, 7, 10, 9, 12, 11, 14, 13, 16, 15, ...
Mycielski graph A307927 0, 1, 10, 102310, ...
odd graph A301557 X, 1, 0, 1419264, ...
permutation star graph A000000 0, 0, 1, 18, ...
prism graph Y_n A103889 X, X, 3, 6, 5, 8, 7, 10, 9, 12, 11, 14, 13, 16, ...
(n,n)-queen graph A307928 0, 3, 1960, 402364270, 39741746126749664, ...
rook graph K_n square K_n A269561 X, 1, 48, 284112, 167875338240, ...
sun graph A000012 X, X, 1, 1, 1, 1, 1, 1, ...
torus grid graph C_n square C_n A222199 X, X, 48, 1344, 23580, 3273360, ...
transposition graph A307896 0, 0, 6, 569868288, ...
triangular graph A307930 X, 0, 1, 16, 3216, 9748992, ...
triangular grid graph A112676 1, 1, 3, 26, 474, 17214, 685727, ...
wheel graph W_n A000027 X, X, X, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, ...
(n,n)-white bishop graph A307929 X, X, 1, 4, 396, 553008, 4701600128, 1782158930138112, ...

Closed forms for some of these classes of graphs are summarized in the following table, where alphabeta, and gamma are the roots of x^3-x^2-2x-1 and K_x(x) is a modified Bessel function of the second kind.

graph formula
antiprism graph (2n+alpha^n+beta^n+gamma^n)
cocktail party graph K_(n×2) 1/2(2n-1)!_1F_1(-n,1-2n;-2)
complete graph K_n 1/2(n-1)!
complete bipartite graph K_(n,n) 1/2n!(n-1)!
complete tripartite graph K_(n,n,n) 2^(n-1)(n-1)!(n!)2_3F_2(1/2(n-1),-1/2n,n;1,1,1)
2n-crossed prism graph 3/2·2^n
crown graph (-1)^n(n-1)!+n!sum_(j=0)^(n-1)(-1)^j(n-j-1)!(2n-j-1; j)
  =1/2(n-1)!nint(2ne^(-2)K_n(2))
cycle graph C_n 1
Hanoi graph 1
ladder graph P_2 square P_n 1
Möbius ladder M_n 2+n-(-1)^n
prism graph Y_n (-1)^n+n+1
sun graph 1
wheel graph W_n n-1

REFERENCES

Angluin, D. and Valiant, L. "Probabilistic Algorithms for Hamiltonian Circuits and Matchings." J. Comput. Sys. Sci. 18, 155-190, 1979.

Bollobás, B. Graph Theory: An Introductory Course. New York: Springer-Verlag, p. 12, 1979.

Chalaturnyk, A. "A Fast Algorithm for Finding Hamilton Cycles." Master's thesis. Winnipeg, Manitoba, Canada: University of Manitoba, 2008. ftp://www.combinatorialmath.ca/g&g/chalaturnykthesis.pdf.Chartrand, G. Introductory Graph Theory. New York: Dover, p. 68, 1985.

Csehi, C. Gy. and Tóth, J. "Search for Hamiltonian Cycles." Mathematica J. 13, 2011.

 http://www.mathematica-journal.com/2011/05/search-for-hamiltonian-cycles/.Gardner, M. "Mathematical Games: About the Remarkable Similarity between the Icosian Game and the Towers of Hanoi." Sci. Amer. 196, 150-156, May 1957.

Gardner, M. The Sixth Book of Mathematical Games from Scientific American. Chicago, IL: University of Chicago Press, pp. 96-97, 1984.

Gardner, M. "The Binary Gray Code." In Knotted Doughnuts and Other Mathematical Entertainments. New York: W. H. Freeman, pp. 23-24, 1986.

Garey, M. R. and Johnson, D. S. Computers and Intractability: A Guide to the Theory of NP-Completeness. New York: W. H. Freeman, 1983.

Karp, R. M. "Reducibility Among Combinatorial Problems." In Complexity of Computer Computations (Ed. R. E. Miller and J. W. Thatcher). New York: Plenum Press, pp. 85-103, 1972.

Khomenko, N. P. and Golovko, L. D. "Identifying Certain Types of Parts of a Graph and Computing Their Number." Ukr. Math. J. 24, 313-321, 1972.

Kocay, W. "An Extension of the Multi-Path Algorithm for Hamilton Cycles." Disc. Math. 101, 171-188, 1992.

Kocay, W. and Li, B. "An Algorithm for Finding a Long Path in a Graph." Util. Math. 45, 169-185, 1994.

Lederberg, J. "Hamilton Circuits of Convex Trivalent Polyhedra (up to 18 Vertices)." Amer. Math. Monthly 74, 522-527, 1967.

Ore, O. "A Note on Hamiltonian Circuits." Amer. Math. Monthly 67, 55, 1960.

Perepechko, S. N. and Voropaev, A. N. "The Number of Fixed Length Cycles in an Undirected Graph. Explicit Formulae in Case of Small Lengths."Rubin, F. "A Search Procedure for Hamilton Paths and Circuits." J. ACM 21, 576-580, 1974.

Skiena, S. "Hamiltonian Cycles." §5.3.4 in Implementing Discrete Mathematics: Combinatorics and Graph Theory with Mathematica. Reading, MA: Addison-Wesley, pp. 196-198, 1990.

Sloane, N. J. A. Sequences A003042/M2053, A005843/M0985, A006069/M1903, A007395/M0208, A094047, A124349, A124355, A124356, A129348, A129349, A143246, A143247, A143248, A174589, A222199, A280847, A281255, A301557, A306447, A307896, A307902in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Tutte, W. T. "On Hamiltonian Circuits." J. London Math. Soc. 21, 98-101, 1946.

Vandegriend, "B. Finding Hamiltonian Cycles: Algorithms, Graphs and Performance." Master's thesis, Winnipeg, Manitoba, Canada: University of Manitoba, 1998.Wilf, H. S. Algorithms and Complexity. pp. 120-122. Summer, 1994. http://www.math.upenn.edu/~wilf/AlgoComp.pdf.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.