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解法:欧拉的度数论证(1736年)

第 1/6 步:把地图转化为一个图
通俗地说

设想把每块陆地压缩成一个点,把每座蜿蜒的桥拉直成连接两点的一条直线——河岸和岛屿的真实形状不再重要,重要的只是哪条线连接哪两个点。恰好经过每座桥一次的散步,就变成了沿这些直线走、恰好用到每条线一次的路线。

数学家如今把这种路线称为欧拉路径,这个名字来自第一个意识到用这种方式重新画图正是解开谜题关键的人。

G=(V,E),V={A,B,C,D},∣E∣=7G = (V, E), \quad V = \{A, B, C, D\}, \quad |E| = 7
把哥尼斯堡的七座桥画成一个图
哥尼斯堡的两岸和两座岛屿被画成四个顶点A、B、C、D,由七条边相连(每座桥对应一条边),并突出显示了每个顶点的奇数度。
详细分析

欧拉把每块陆地换成一个顶点,把每座桥换成连接它所联通的两块陆地的一条边,把地图变成一个含 ∣V∣=4|V| = 4 个顶点和 ∣E∣=7|E| = 7 条边的图 G=(V,E)G = (V, E)。恰好经过每座桥一次的路线,就变成了 GG 中恰好使用每条边一次的路线——这就是现在所说的欧拉路径。

哥尼斯堡城(今普雷戈利亚河畔的加里宁格勒)由两座岛屿和两岸构成,由七座桥相连。市民们争论是否存在恰好经过每座桥一次的路线;莱昂哈德·欧拉听闻此谜题后,在1736年提交给圣彼得堡科学院的一篇短文中指出,街道与桥梁的具体形状与问题无关——真正决定答案的只是每座桥连接哪两块陆地这一联通模式(Biggs, Lloyd & Wilson 1976, 第1章)。

这种从地理到图 GG 的转化是关键的第一步:此后的每一步都只处理点与线构成的抽象图形,接下来的论证也将适用于按这种方式布置的任何桥梁集合,而不仅仅是哥尼斯堡。

本步骤中的术语
图、顶点、边
图是由若干顶点(点)以及连接顶点对的边(线)组成的结构;这里每个顶点代表一块陆地,每条边代表一座桥。
欧拉路径
在图中恰好使用每条边一次的一条路线(顶点可以重复经过,但任何一条边都不能走两次)。
本步骤用到的知识