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Bahnen in gerichteten Graphen


1. Bogenfolgen
1. Kette: In gerichteten Graphen wird eine Folge von Bögen Kette der Länge genannt, wenn keinen Bogen zweimal enthält und für jeder Bogen einen seiner Endpunkte mit dem Bogen und den anderen mit gemeinsam hat.
2. Bahn: Eine Kette heißt Bahn, wenn für der Zielpunkt des Bogens mit dem Startpunkt des Bogens übereinstimmt.
3. Elementare Bahn: Ketten bzw. Bahnen, die jeden Knoten des Graphen höchstens einmal durchlaufen, sind elementare Ketten bzw. elementare Bahnen .
4. Zyklus: Eine geschlossene Kette wird Zyklus genannt.
5. Kreis: Eine geschlossene Bahn, in der jeder Knoten Endpunkt genau zweier Bögen ist, heißt Kreis .

Beispiel

In den folgenden Abbildungen sind Beispiele für die verschiedenen Bogenfolgen dargestellt.



2. Zusammenhängende und stark zusammenhängende Graphen
1. Zusammenhängender Graph: Ein gerichteter Graph heißt zusammenhängend, wenn je zwei Knoten von durch eine Kette verbunden sind.
2. Stark zusammenhängender Graph: Von einem stark zusammenhängenden Graphen spricht man, wenn es in zu je zwei Knoten eine Bahn gibt, die mit verbindet.

3. Algorithmus von Dantzig Es sei ein bewerteter schlichter gerichteter Graph mit für alle Bögen . Der folgende Algorithmus liefert alle von einem Knoten von aus erreichbaren Knoten zusammen mit ihren Entfernungen von :
a) Der Knoten erhält die Markierung Es sei
b) Die Menge der markierten Knoten sei
c) Ist , dann beende man den Algorithmus.
d) Anderenfalls wähle man einen Bogen aus, für den minimal ist. Man markiere und , setze sowie und wiederhole b) mit
Sind alle Bögen mit 1 bewertet, dann kann man gemäß des Problemes des kürzesten Weges mit Hilfe der Adjazenzmatrix die Länge einer kürzesten Bahn von einem Knoten zu einem Knoten des Graphen finden.
Wird dagegen ein Knoten von nicht markiert, dann gibt es keine von nach führende Bahn.
Wird mit markiert, dann ist die Länge einer solchen Bahn. Eine kürzeste Bahn von nach liegt in dem von allen markierten Knoten und Bögen gebildeten Baum, dem Entfernungsbaum bezüglich

Beispiel

Im Graphen der folgenden Abbildung bilden die grün gezeichneten Bögen einen Entfernungsbaum bezüglich des Knotens



Die Längen der kürzesten Bahnen sind:
       
von nach      von nach
von nach      von nach
von nach      von nach
von nach      von nach
von nach      von nach
von nach      von nach
von nach         

Hinweis: Für den Fall, daß Bögen mit negativen Längen besitzt, gibt es einen modifizierten Algorithmus zur Ermittlung kürzester Bahnen (s. Lit. 5.39).