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七桥问题

来源:资料汇集 2022-02-20 FXdata

18世纪初,普鲁士的哥尼斯堡(今俄罗斯加里宁格勒。沧海桑田原来也不用多少年!)城中一个公园里,有七座桥将普雷格尔河中两个岛及岛与河岸连接起来。

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其中,C、D是河中的两个小岛,A、B是两侧的河岸,岛屿和陆地由7座桥相互连接。
那时,当地居民热衷于一个问题:是否存在这样的走法,即任从A、B、C、D出发,走遍七座桥,每个桥只能通过一次,再回到出发点。
这就是哥尼斯堡七桥问题。当时,很多人尝试了各种走法,但一直没人能做到。
欧拉(Euler)于1736年在访问哥尼斯堡时得知了这一问题,并巧妙地解决了。欧拉用点表示岛和陆地,两点之间的连线表示连接它们的桥(如下图所示),则七桥问题归结为“一笔画”问题。

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由于要求每个桥只能走一次,那么对于A、B、C、D四个顶点中的每一个顶点,需要从某条边进入,同时从另一条边离开。进入和离开顶点的次数是相同的,即每个顶点有多少条进入的边,就有多少条出去的边,也就是说,每个顶点相连的边是成对出现的,即每个顶点的相连边的数量必须是偶数。

而上图中A、C、D四个顶点的相连边都是3,顶点B的相连边为5,都为奇数。因此,这个图无法从一个顶点出发,遍历每条边各一次,即不存在一笔画,也就不存在一种能达到要求的走法。

欧拉的这个考虑非常巧妙,表明了数学家处理实际问题的独特之处——把一个实际问题抽象成合适的“数学模型”。这种研究方法就是“数学模型方法”。这并不需要运用多么深奥的理论,但想到这一点,却是解决难题的关键。

1736年,欧拉在交给彼得堡科学院的《哥尼斯堡7座桥》的论文报告中,阐述了他的解题方法。这篇论文开辟了两个新学科,一个是图论,一个是拓扑学。这两个学科都对我们的社会和生活产生了并仍在产生重大影响。

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