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数学 · 图论中的网络

把真实情境画成网络

题目用文字你看得懂,可是要画成点和线就不知从何下手。

要把一个情境画成网络,先决定顶点代表什么,再决定边代表什么,然后列出所有相连的组合,最后才动笔画图。

这一课接在认识顶点、边和度之后,属于网络图论单元。

画图前的五个步骤

  1. 找出被连接的对象,它们就是顶点。
  2. 用一句话写明“一条边”代表什么。
  3. 列出每一对相连的对象。
  4. 画出所有顶点,再为每一对画一条边。
  5. 数一数顶点和边的数量,和清单对照。

第3步放在第4步之前,是避免漏线的关键。

例题:社区里的五个地点

一个社区有咖啡店、学校、诊所、公园和巴士站。有铺好的人行道直接连接的组合是:咖啡店与学校、学校与诊所、诊所与公园、诊所与巴士站、公园与巴士站、巴士站与咖啡店。

**顶点。**令A代表咖啡店,B代表学校,C代表诊所,D代表公园,E代表巴士站。

**边的意思。**一条边表示两个地点之间有一条直接的人行道。

组合清单。 AB、BC、CD、CE、DE、AE。

于是有5个顶点和6条边。度分别是A为2,B为2,C为3,D为2,E为3,总和12,等于2 × 6。

从度还能读出信息:C和E各连着三个地点,去别处最方便。A只有两条路,B也是。

最常见的错误:照着地图画

很多同学把网络图画得像地图,在两条路交叉的地方点一个点,或者因为两个地点靠得近,就把它们连起来。

错误做法 正确做法
顶点 在交叉处多加一个点 只画五个地点
边 咖啡店和诊所挨着,所以连一条线 只连有人行道的组合
依据 实际位置的远近 你写下的“边的意思”

先写“边的意思”,再拿每一条线去对照它,画错的机会就少很多。

自测题

四个社团的成员有重叠:棋艺社与机器人社有共同成员,机器人社与辩论社有,辩论社与棋艺社有,辩论社与美术社也有。把它画成网络,说明顶点数和边数,并指出哪个社团与最多社团有共同成员。

答案

顶点:C(棋艺社)、R(机器人社)、D(辩论社)、A(美术社)。一条边表示两个社团至少有一位共同成员。

边:CR、RD、DC、DA,所以有4个顶点和4条边。

度:C为2,R为2,D为3,A为1,总和8,等于2 × 4。辩论社的度最大,是3。

接下来学什么?

下一课是区分有向图、加权图和简单图,学习给不同的网络命名。先列清单再动笔的习惯,也用在数学建模里定义变量和假设。

想让老师检查你画的图,可以看一对一线上数学补习。

常见问题

怎样决定哪些是顶点?

先问:被连接的对象是什么?建筑物、城镇、人或社团,每一个对象就是一个顶点。每个顶点用一个字母,并在旁边写上代表什么,不要多加不属于题目的点。

怎样决定哪些是边?

先用一句话写明“边”的意思,例如“两个地方之间有直接的走廊”。然后对每一对对象检查是否符合,符合就画一条边。写下这句话,可以防止凭感觉乱画。

网络图一定要和真实地图一样吗?

不用。网络图只表达谁和谁相连,不表达位置和长短。顶点可以随意移动,只要相连的组合不变,图就是同一个网络。

两条线交叉的地方算顶点吗?

不算,除非那里本来就是题目里的一个对象。交叉点只是画图时碰巧相交。如果容易,就重画避开交叉,但绝不要给交叉点标字母。

如果词汇你都懂,一遇到应用题就卡在画图,一对一数学课可以用新的情境陪你练习“先列组合”这一步,直到你能自己开始。

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