Tree 의 용어와 특성

 

이산수학 : Richard Johnsonbaugh 저서, 강홍식.김정인.이도훈.이명재 번역, 교보문고, 1999 (원서 : Discrete Mathematics 6th ed, Prentice-Hall, 1997), Page 459~464

 

고대 그리이스 신들의 가계도의 일부분을 그림 1 에 나타내었다 (모든 자식들을 열거하지는 않았음). 보이는 것처럼 우리는 가계도를 뿌리 있는 트리로 간주할 수 있다. 정점 v 에 인접하고 바로 아래 레벨에 있는 정점들은 v 의 자식들이다. 예를 들어, 크로노스의 자식은 제우스, 포세이돈, 헤이디즈, 그리고 아레스이다. 가계도에서 채택한 용어가 모든 뿌리 있는 트리에서 그대로 사용된다. 공식적인 정의는 다음에 있다.

 (정의 1)

은 vn 의 부모 (parent) 이다.

 

그림 1  고대 그리이스 신들의 가계도의 일부분

E = { e|e 는 x에서 V 의 어떤 정점까지의 단순 경로상의 간선이다 }

 (예제 2)

 

그림 2  그림 1 의 트리에서 크로노스를 뿌리로 하는 부분 트리

이 절의 나머지에서는 트리의 다른 특성을 살펴보도록 한다. T를 트리라 하자. 트리에서는 임의의 정점에서 다른 모든 정점으로의 단순 경로가 있으므로, T 가 연결되어 있다는 것을 알 수 있다. 게다가 T 는 순환 (cycle)을 포함하지 않는다는 것을 보일 수 있다. 이것을 보이기 위해서, T 가 순환 C' 를 포함한다고 가정하자. 정리 6.2.24 에 의해서 T 는 v0 = vn 인 단순 순환

C = (v0, …, vn)

을 포함한다 (그림 3). T 는 단순 그래프이므로 C 는 루프가 될 수 없다 ; 그러므로 C 는 적어도 i < j 인 두 개의 구별되는 정점 vi 와 vj 를 포함한다. 이제

(vi, vi+1, ..., vj), (vi, vi-1, ..., v0, vn-1, ..., vj)

는 vi 에서 vj 로의 서로 다른 단순 경로들이다. 이것은 트리의 정의에 모순이 된다. 그러므로 트리는 순환을 포함할 수 없다.

순환을 갖고 있지 않는 그래프를 비순환 그래프 (acyclic graph) 라고 부른다. 우리는 방금 트리는 연결되어 있고, 비순환 그래프라는 것을 보였다. 역도 역시 성립한다 ; 연결되어 있고 비순환인 모든 그래프는 트리이다. 다음 정리는 트리의 이런 특성과 함께 다른 특성들도 제시한다.

그림 3  단순 순환

 

 (정리 3)

     

그림 4  정리 3[(b) 이면 (c)] 의 증명. P 는 단순 경로이다.
          정점 v 와 v 에 부속된 간선은 귀납적 가정을 이용할 수 있도록 제거된다.

 

 

그림 5  정리 3[(d) 이면 (a)] 의 증명. Ti 는 T 의 구성 요소이다.
           Ti 는 ni 개의 정점과 ni -1 개의 간선을 갖는다.
           전체 간선의 수가 n-1 이 되어야 한다는 사실로부터 모순이 발생한다.

T1, T2, …, Tk

 

      그림 6  정리 3 [(d) 이면 (a)] 의 증명. P1 (점선으로 표시) 과 P2 (실선으로 표시) 는 a 에서 b 로 가는 서로 다른 단순 경로이다. c 는 a 다음에 있으면서 P1 상에는 있고 P2 상에는 없는 첫 번째 정점이다. d 는 P1 상에서 c 바로 앞의 정점이다. e 는 d 다음에 있으면서, P1 과 P2 상에 모두 있는 첫 번째 정점이다. 그러면 그림에서 보는 것처럼 순환이 존재하고 모순이 발생한다.

(v0, v1, …, vn-1, vn)

(w0, w1, …, wm-1, wm)

(v0, …, vn = wm, wm-1, …, w1, w0)                  (1)