Loading AI tools
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
في الرياضيات، نظرية البيان هي دراسة البيانات (جمع بيان) بوصفها بنى رياضية تستعمل لنمذجة العلاقة المتبادلة بين الأغراض. يتكوَّن البيان من رؤوس، تُسمَّى أيضاً عقداً، وووصلات تُسمَّى أيضاً عقداً أو أقواساً.
صنف فرعي من | |
---|---|
جزء من | |
يمتهنه | |
فروع | |
الموضوع |
نظرية البيان ودراسته هي موضوع رئيس في الرياضيات المتقطعة.
تتفق أغلب المعجمات العربية المتخصصة على ترجمة كلمة (بالإنجليزية: Theory) إلى (نظرية).[عر 1] ولكنها تختلف في تعريب المصطلح (بالإنجليزية: Graph):
يُعرَّف البيان بأنه زوجان مرتبان:[1]
الاسم الدقيق للكائن الرياضي المُعرَّف بالعلاقة السابقة، لو كان استعمال كلمة بيان مُلبساً مع أنواع أخرى من البيانات، هو بيان بسيط غير مُوجَّه.[arabic-abajed 3]
من أجل وصلة ، يسمى الرأسان و طرفين[arabic-abajed 4]. ويُقبل القول أن الوصلة التي تصل[arabic-abajed 5] بين الرأسين هي التقاء أو تلاقٍ[arabic-abajed 6] بين الرأسين و.
يمكن نظرياً، حسب هذا التعريف، أن يضم البيان رأساً لا يتصل مع أي رأس آخر، ولكن لا يمكن أن يضم هذا البيان وصلة مضاعَفة[arabic-abajed 7]، وهي وصلة تصل الرأس مع نفسه.
يمكن تعميم التعريف ليشمل الوصلات المضاعفة بجعل البيان ثلاثية مرتبة[arabic-abajed 8] تتكون من:[2]
الاسم الدقيق للكائن الرياضي المُعرَّف بالعلاقة السابقة، هو بيان مُتعدِّد الوصلات غير مُوجَّه، أو اختصاراً بيان مُتعدِّد غير مُوجَّه.[arabic-abajed 10]
العروة [الإنجليزية][arabic-abajed 11] (الجمع: عُرَى) هي وصلة تربط الرأس مع نفسه. لا يمكن أن يضم البيان عُرَى حسب التعريفين أعلاه، لأن هذا يعني أن الرأس هو نفسه الرأس ، وهذا لا يتفق مع الشرط الذي يحدد العضوية في مجموعة الرؤوس . ليشمل التعريف العُرَى، يلزم توسيعه كما يأتي:
الاسم الدقيق للكائن الرياضي المُعرَّف بالعلاقة السابقة، هو بيان بسيط غير موجه يسمح بالعُرَى.[arabic-abajed 12].
تعامل مجموعتا الرؤوس والوصلات معاملة المجموعات المحدودة عادةً، ويُفترض أيضاً أن مجموعة الرؤوس ليست خالية، ولا يوجد قيود على كون مجموعة الوصلات خالية. مرتبة[arabic-abajed 13] البيان هي عدد رؤوسه . أما حجم[arabic-abajed 14] البيان فهو عدد وصلاته .
درجة رأس في بيان[arabic-abajed 15] هي عدد الوصات التي تتلاقى عنده، مع الانتباه إلى أن كل عروة تُحصى مرتين. درجة البيان هي أعلى درجة لرؤوسه. من أجل بيان بسيط غير موجه من المرتبة ، فإن الدرجة القصوى الممكنة لكل رأس هي وحجم البيان الأقصى هو .
تُنشئ وصلات البيان البسيط غير الموجه الذي يسمح بالعُرَى علاقة متجانسة رمزها بين رؤوس البيان تُسمَّى علاقة التجاور، ويعبَّر عن ذلك بالصيغة من أجل وصلة طرفاها و ويُقال أنهما متجاوران.[arabic-abajed 16]
البيان الموجه[arabic-abajed 17] هو بيان يوجد لكل وصلة فيه اتجاه محدد واحد أو اتجاهان،[3] يتكون البيان من زوجين مرتبين كما يلي:
الاسم الدقيق للكائن الرياضي السابق هو بيان بسيط موجَّه.[arabic-abajed 19] في نظريتي الزُّمر والمجموعات، يعني الحد مجموعة مكونة من عنصراً مأخوذاً من ، مع عدم اشتراط تمايزها بعضها عن بعض.
لتكن الوصلة الموجَّهة من إلى ، يُسمَّى هذان الرأسان طرفي القطعة، ويُسمَّى الرأس ذيلاً للوصلة،[arabic-abajed 20] أما الرأس فيُسمَّى أنفاً[arabic-abajed 21] للوصلة. تُسمَّى الوصلة بالوصلة المقلوبة.[arabic-abajed 22] يمكن تعميم مفهوم الالتقاء، الذي عُرِّف من أجل البيان غير المُوجَّه على البيان البسيط الموجَّه. يسمح التعريف السابق بوجود رؤوس لا ترتبط بأي وصلة، ولكنه لا يُسمى بالوصلات المضاعفة، وهي وصلتان أو أكثر يكون لها الأنف والذيل نفسهما.
يمكن تعميم التعريف ليشمل الوصلات المضاعفة بجعل البيان ثلاثية مرتبة[arabic-abajed 23] تتكون من:[3]
الاسم الدقيق للكائن الرياضي المُعرَّف بالعلاقة السابقة، هو بيان مُتعدِّد الوصلات غير مُوجَّه، أو اختصاراً بيان مُتعدِّد غير مُوجَّه.[arabic-abajed 24].
يُعمم تعريف العروة [الإنجليزية] (الجمع: عُرَى) المُستعمل مع البيان المُوجَّه على البيان غير الموجه: وصلة تربط الرأس مع نفسه. لا يمكن أن يضم البيان غير المُوجَّه عُرَى حسب التعريفين أعلاه، لأن هذا يعني أن الرأس هو نفسه الرأس ، وهذا لا يتفق مع الشرط الذي يحدد العضوية في مجموعة الرؤوس . ليشمل التعريف العُرَى، يلزم توسيعه كما يأتي:
الاسم الدقيق للكائن الرياضي المُعرَّف بالعلاقة السابقة، هو بيان بسيط مُوجَّه يسمح بالعُرَى.[arabic-abajed 25].
يمكن تعميم علافة التجاوز المُعرَّفة للبيان غير المُوجَّه على البيان المُوجَّه.
تُفرِّق نظرية البيان بين المسلك والمسار والطريق والدارة والدورة:
يُنظر إلى الورقة البحثية التي نشرها ليونهارت أويلر سنة 1736م عن جسور كونيغسبرغ السبعة على أنها أقدم دراسة معروفة في نظرية البيان.[6] عمم كوشي[فر 1] وسيمون لويلر [الإنجليزية][7] الصيغة التي وضعها أويلر لحساب عدد وصلات عديد وجوه ورؤوسه ووجوهه، وينظر إلى هذا العمل على أنه ميلاد فرع جديد في الرياضيات هو الطوبولوجيا.
نشر آرثر كيلي، بعد أكثر من قرن من عمل أولر عن جسور كونيغسبرغ، ورقة بحثية عن صنف فرعي من البيانات عمل عليه في أثناء دراسته التحليلية للتفاضل، وهو الأشجار،[8] اهتم كيلي بشكل رئيس بتعداد رؤوس البيان وترتيبها [الإنجليزية] وكان لعمله هذا تطبيقات في الكيمياء النظرية. ربط كيلي بعد ذلك النتائج الرياضية التي حصل عليها مع الدراسات المعاصرة في الكيمياء، وكان هذا العمل أساساً لوضع المصطلحات الخاصة بنظرية البيانات.[9]
صاغ جيمس سيلفستر مصطلح (البيان) للمرة الأولى في ورقة بحثية نشرها سنة 1878م في مجلة الطبيعة، شبَّه فيها بين الثوابت الكمية والمتغيرات المشتركة في الجبر ومخططات الجزيئات، وجاء في النص:[10]
[...] يمكن التعبير عن الثوابت والمتغيرات المشتركة [..] باستعمال بيان مطابق بإحكام لمخطط كيكوله أو للرسم الكيميائي. [...] أعرِّف قاعدة للضرب الهندسي للبيانات، أعني إنشاء بيان لناتج جداء الثوابت أو المتغيرات التي تُعرَف بياناتها.[arabic-abajed 30] |
وضع دينس كونيغ أول كتاب مخصص لنظرية البيان، ونشره بالألمانية سنة 1936م بعنوان (بالألمانية: Theorie der endlichen und unendlichen Graphen) ومعناها: نظرية البيانات المنتهية وغير المنتهية.[11]
مبرهنة الألوان الأربعة هي واحدة من أشهر المسائل المرتبطة بنظرية البيان، وهي تحاول حل المشكلة التالية: هل يكفي استعمال أربعة ألوان فقط لتلوين خريطة ثنائية الأبعاد مقسَّمة إلى أقاليم تلويناً لا يكون فيه لأي إقليمين يشتركان بحدود اللون نفسه. طرح فرنسيس غوثري هذه المشكلة سنة 1852م، وصاغها أغسطس دي مورغان في رسالة وجهها إلى وليم هاملتون في العام نفسه. اقترحت براهين عديدة لحل المسألة ولكنها كان غير صحيحة، وبقيت هذه المشكلة من غير لأكثر من قرن حتى العام 1969م عندما نشر هاينريش هيش [الإنجليزية] طريقة للحل باستعمال الحاسوب.[12] ثُمَّ أثبت كينيث أبيل وفولفغانغ هاكن [الإنجليزية] صحة طريقة هيش ببرهان رياضي بمعونة الحاسوب سنة 1976م.[13]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.