Графы широко используются при решении многих прикладных и фундаментальных задач. Пользователей, занятых решением таких задач, наверняка порадует пакет networks, содержащий весьма представительный набор функций. Список их имен выводит команда:

Теория графов используется достаточно широко даже при решении прикладных задач — например, для вычисления оптимальных маршрутов движения железнодорожных составов, наиболее целесообразной раскройки тканей и листов из различных материалов и т.д.

Рассмотрим некоторые избранные функции этого пакета, которые наиболее часто используются при работе с графами. Функции создания графов:

new — создает пустой граф (без ребер и узлов);

void — создает пустой граф (без ребер);

duplicate — создает копию графа;

complete — создает полный граф;

random — возвращает случайный граф;

Petersen — создает граф Петерсена.

Функции модификации графов:

addedges — добавляет в граф ребро;

addvertex — добавляет в граф вершины;

connect — соединяет одни заданные вершины с другими;

delete — удаляет из графа ребро или вершину.

Функции контроля структуры графов:

draw — рисует граф;

edges — возвращает список ребер графа;

vertices — возвращает список узлов графа;

show — возвращает таблицу с полной информацией о графе;

ends — возвращает имена вершин графа;

head — возвращает имя вершины, которая является головой ребер;

tail — возвращает имя вершины, которая является хвостом ребер;

incidence — возвращает матрицу инцидентности;

adjacency — возвращает матрицу смежности;

eweight — возвращает веса ребер;

vweight — возвращает веса вершин;

isplanar — упрощает граф, удаляя циклы и повторяющиеся ребра, и проверяет его на планарность (возвращает true, если граф оказался планарным и false в противном случае).

Функции с типовыми возможностями графов:

flow — находит максимальный поток в сети от одной заданной вершины к другой;

shortpathtree — находит кратчайший путь в графе с помощью алгоритма Дейкстры.

Каждая из этих команд имеет одну или несколько синтаксических форм записи. Их можно уточнить с помощью справочной системы. С ее помощью можно ознакомиться и с назначением других функций этого обширного пакета. Проиллюстрируем его применение на нескольких типичных примерах.

На рис. 9.8 показан пример создания графа, имеющего четыре вершины, и графа Петерсона с выводом их графиков графической функцией draw.

Рис. 9.8. Построение графов

На рис. 9.9 показан другой пример работы с графами — построение графа функцией complete и затем его преобразование путем удаления части вершин. Исходный и преобразованный графы строятся функцией draw.

Рис. 9.9. Преобразование графа удалением части вершин

В третьем примере (рис. 9.10) граф формируется по частям — вначале задается пустой граф функцией new, а затем с помощью функций addvertex и addedge в него включаются вершины и ребра. Далее функция connect соединяет вершину a с вершиной с, делая граф замкнутым. Функция draw строит сформированный таким образом граф, а функции head и tail используются для выявления «голов» и «хвостов» графа.

Рис. 9.10. Формирование графа и определение его «голов» и «хвостов»

В четвертом примере, представленном на рис. 9.11, показано создание графа G2 (его изображение было приведено на рис. 9.9) с вычислением для этого графа максимального потока от вершины 1. Обратите внимание, что в параметрах функции flow, использованной для этого, заданы две переменные: eset — принимает значение множества с ребрами, по которым проходит максимальный поток, и comp — принимает значение множества, в котором содержатся вершины, по которым проходит максимальный поток. Значения этих переменных выведены в области вывода. В заключительной части этого примера показано применение функции shortpathtree, ищущей наиболее короткий путь от вершины 1 до других вершин.

Рис. 9.11. Пример вычисления максимального потока и наиболее коротких путей для заданного графа

Приведенный ниже еще один пример иллюстрирует работу функции show, выдающей таблицу с полной информацией о графе, созданном функцией complete: