作者: Lson Lee · 独立开发者,益智游戏爱好者

欧拉路径和欧拉电路

每个一笔画谜题的数学基础——简单解释

什么是欧拉路径?

欧拉路径 (也称为欧拉轨迹)是通过图访问的路径每个边恰好一次。您可以将其视为绘制图形中的每条线,而无需提笔且无需回溯任何线。

欧拉路径

A---B
|     |
C---D

开始:A → 结束:D(不同)
每条边都访问一次

开始和结束于 不同的 顶点。准确要求 2 个奇数度顶点

欧拉电路

  一个
 /\
乙---丙
 \ /
  D

开始:A → 结束:A(相同)
每条边都访问一次

开始和结束于 一样 顶点。需要 0 个奇数度顶点

主要区别:欧拉 路径 从一个顶点开始,到另一顶点结束。欧拉 电路 在同一个地方开始和结束——这是一个完整的循环。

欧拉定理:规则

欧拉证明了一组简单但强大的规则,用于确定图是否可以一笔画出:

三个案例

奇数度顶点结果类型
0可追溯——从任何地方开始,从起点结束欧拉电路
2可追踪 - 必须从一个奇数顶点开始,在另一个顶点结束欧拉路径
4、6、8...一举不可追踪不可能

就是这样。 计算奇数度顶点。 如果有 0 或 2 个,则该谜题是可解的。如果还有更多的话,那是不可能的。这就是所谓的奇/偶顶点规则

什么是“学位”?

学位 顶点的数量只是接触它的边(连接)的数量。如果一个顶点有 3 条边,则其度数为 3(奇数)。如果它有 4 条边,则其次数为 4(偶数)。

示例:房屋形状

    A(2 级 ✓ 偶数)
   /\
  B---C B(3 级✗ 奇数)
  |   |    C(3 级✗ 奇数)
  D---E D(2 级 ✓ 偶数)
           E(2 级 ✓ 偶数)

2 个奇数度顶点(B 和 C)
→ 欧拉路径存在:从 B 开始,在 C 结束

例子:你能一笔画出来吗?

三角形

A(2)—B(2)—C(2)—A |   所有顶点的度数为 2(偶数)

✓ 是 — 欧拉电路。从任何地方开始,从你开始的地方结束。

信封(有 X 的房子)

有两条对角线的正方形 + 顶部的三角形 |   底角:4 度(偶数),顶角各不相同

✓ 是 — 经典的一杆挑战。正好有 2 个奇数度顶点。

柯尼斯堡大桥

4 个顶点,7 个边   所有 4 个顶点的度数均为奇数

✗ 没有 — 4 个奇数顶点。 欧拉在 1736 年证明了这是不可能的。

完整图 K₅(五边形与所有对角线)

5 个顶点,10 个边   每个顶点的度数为 4(偶数)

✓ 是 — 欧拉电路。所有顶点都是均匀的,因此您可以从任何地方开始并返回。

一笔如何运用欧拉定理

当 One Stroke 应用程序生成一个新谜题时,它不会随机创建网格并希望它们可以解决。相反,它使用欧拉定理 构造在数学上保证有解的图

程序生成算法确保每个谜题都有 0 或 2 个奇数度顶点 - 这意味着欧拉路径或电路始终存在。这就是为什么游戏可以承诺无限可解决的谜题:这不是运气,而是数学。

当您在一笔中遇到难题时,请尝试应用欧拉规则:

常见问题解答

什么是欧拉路径?

欧拉路径是图中的一条轨迹,它只访问每条边一次。它从一个顶点开始,到另一顶点结束。一个图有欧拉路径当且仅当它恰好有两个度数为奇数的顶点。

欧拉路径和欧拉回路有什么区别?

欧拉路径在不同的顶点开始和结束,访问每条边一次。欧拉回路在同一顶点开始和结束,并且每条边也访问一次。欧拉路径恰好需要 2 个奇数度顶点;欧拉回路需要 0。

欧拉路径与一笔画谜题有何关系?

一笔谜题本质上是欧拉路径问题。这个谜题要求你精确地追踪每条边一次——这是欧拉路径或电路的定义。像 One Stroke 这样的游戏使用欧拉定理来保证每个谜题都有有效的解决方案。

哈密顿路径与欧拉路径相同吗?

不。欧拉路径访问每一个 边缘 正好一次。哈密顿路径访问每一个 顶点 正好一次。它们是相关但不同的概念。欧拉路径有一个简单的测试(计算奇数顶点);哈密​​顿路径更难确定(这是一个 NP 完全问题)。

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