graf (bagian 1)

130
Rinaldi M/IF2091 Strukdis 1 Graf (bagian 1) Bahan Kuliah IF2091 Struktur Diskrit

Upload: harley

Post on 13-Feb-2016

125 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

Graf (bagian 1). Bahan Kuliah IF2091 Struktur Diskrit. Pendahuluan. Leonhard Euler 15 April 1707 – 18 September 1783. Konigsberg Bridge Problem. Definisi Graf. Jenis-Jenis Graf. Contoh Terapan Graf. Latihan. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 1

Graf (bagian 1)

Bahan Kuliah IF2091 Struktur Diskrit

Page 2: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 2

Pendahuluan G r a f d i g u n a k a n u n t u k m e r e p r e s e n t a s i k a n o b j e k - o b j e k d i s k r i t

d a n h u b u n g a n a n t a r a o b j e k - o b j e k t e r s e b u t .

G a m b a r d i b a w a h i n i s e b u a h g r a f y a n g m e n y a t a k a n p e t a j a r i n g a n j a l a n r a y a y a n g m e n g h u b u n g k a n s e j u m l a h k o t a d i P r o v i n s i J a w a T e n g a h .

Brebes Tegal

Slawi

Pemalang

Purwokerto

Cilacap

Banjarnegara

Wonosobo

Kebumen

Purworejo

KendalSemarang

Pekalongan

Purbalingga

Magelang

Salatiga

Klaten

Solo

Purwodadi

DemakKudus

Rembang

Blora

Sukoharjo

Wonogiri

SragenBoyolali

Kroya

Temanggung

Page 3: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 3

Sejarah Graf: masalah jembatan Königsberg (tahun 1736)

Gambar 1. Masalah Jembatan Königsberg

Graf yang merepresentasikan jembatan Königsberg: Simpul (vertex) menyatakan daratan

Sisi (edge) menyatakan jembatan Bisakah melalui setiap jembatan tepat sekali dan kembali lagi

ke tempat semula?

C

A

B

D

Page 4: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 4

Leonhard Euler15 April 1707 – 18 September 1783

Konigsberg Bridge Problem

Page 5: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 5

Page 6: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 6

Definisi GrafGraf G = (V, E), yang dalam hal ini: V = himpunan tidak-kosong dari simpul-simpul (vertices)

= { v1 , v2 , ... , vn } E = himpunan sisi (edges) yang menghubungkan sepasang

simpul = {e1 , e2 , ... , en }

Page 7: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 7

G 1 G 2 G 3

G a m b a r 2 . ( a ) g r a f s e d e r h a n a , ( b ) g r a f g a n d a , d a n ( c ) g r a f s e m u

C o n t o h 1 . P a d a G a m b a r 2 , G 1 a d a l a h g r a f d e n g a n V = { 1 , 2 , 3 , 4 } E = { ( 1 , 2 ) , ( 1 , 3 ) , ( 2 , 3 ) , ( 2 , 4 ) , ( 3 , 4 ) }

G 2 a d a l a h g r a f d e n g a n

V = { 1 , 2 , 3 , 4 } E = { ( 1 , 2 ) , ( 2 , 3 ) , ( 1 , 3 ) , ( 1 , 3 ) , ( 2 , 4 ) , ( 3 , 4 ) , ( 3 , 4 ) } = { e 1 , e 2 , e 3 , e 4 , e 5 , e 6 , e 7 }

G 3 a d a l a h g r a f d e n g a n

V = { 1 , 2 , 3 , 4 } E = { ( 1 , 2 ) , ( 2 , 3 ) , ( 1 , 3 ) , ( 1 , 3 ) , ( 2 , 4 ) , ( 3 , 4 ) , ( 3 , 4 ) , ( 3 , 3 ) } = { e 1 , e 2 , e 3 , e 4 , e 5 , e 6 , e 7 , e 8 }

1 1 1

2 3

4

2 3

4

2

4

3

e1

e 2

e 3

e4

e5e 6

e7

e1e2

e3

e 4

e5

e6

e 7

e8

Page 8: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 8

G 1 G 2 G 3

G a m b a r 2 . ( a ) g r a f s e d e r h a n a , ( b ) g r a f g a n d a , d a n ( c ) g r a f s e m u

P a d a G 2 , s i s i e 3 = ( 1 , 3 ) d a n s i s i e 4 = ( 1 , 3 ) d i n a m a k a n s i s i -g a n d a ( m u l t i p l e e d g e s a t a u p a r a l e l e d g e s ) k a r e n a k e d u a s i s i i n i m e n g h u b u n g i d u a b u a h s i m p u l y a n g s a m a , y a i t u s i m p u l 1 d a n s i m p u l 3 .

P a d a G 3 , s i s i e 8 = ( 3 , 3 ) d i n a m a k a n g e l a n g a t a u k a l a n g ( l o o p )

k a r e n a i a b e r a w a l d a n b e r a k h i r p a d a s i m p u l y a n g s a m a .

1 1 1

2 3

4

2 3

4

2

4

3

e1

e2e3

e4

e5

e6e7

e 1

e2e 3

e4

e 5

e 6

e7

e 8

Page 9: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 9

Jenis-Jenis Graf Berdasarkan ada tidaknya gelang atau sisi ganda pada suatu

graf, maka graf digolongkan menjadi dua jenis: 1. Graf sederhana (simple graph). Graf yang tidak mengandung gelang maupun sisi-ganda

dinamakan graf sederhana. G1 pada Gambar 2 adalah contoh graf sederhana

2. Graf tak-sederhana (unsimple-graph). Graf yang mengandung sisi ganda atau gelang dinamakan

graf tak-sederhana (unsimple graph). G2 dan G3 pada Gambar 2 adalah contoh graf tak-sederhana

Page 10: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 10

Berdasarkan orientasi arah pada sisi, maka secara umum graf dibedakan atas 2 jenis:

1. Graf tak-berarah (undirected graph) Graf yang sisinya tidak mempunyai orientasi arah disebut graf tak-berarah. Tiga buah graf pada Gambar 2 adalah graf tak-berarah.

2. Graf berarah (directed graph atau digraph)

Graf yang setiap sisinya diberikan orientasi arah disebut sebagai graf berarah. Dua buah graf pada Gambar 3 adalah graf berarah.

Page 11: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 11

(a) G4 (b) G5

Gambar 3 (a) graf berarah, (b) graf-ganda berarah

1 1

2 3

4

2 3

4

Page 12: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 12

Tabel 1 Jenis-jenis graf [ROS99] Jenis Sisi Sisi ganda

dibolehkan? Sisi gelang dibolehkan?

Graf sederhana Graf ganda Graf semu Graf berarah Graf-ganda berarah

Tak-berarah Tak-berarah Tak-berarah Bearah Bearah

Tidak Ya Ya Tidak Ya

Tidak Tidak Ya Ya Ya

Page 13: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 13

Contoh Terapan Graf1. Rangkaian listrik .

(a) (b)

AB C

DEF

AB

C

E DF

Page 14: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 14

2. Isom er senyaw a kim ia karbon m etana (C H 4) etana (C 2H 6) propana (C 3H 8)

C

H

H

HH

Page 15: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 15

3. Transaksi konkuren pada basis data terpusat Transaksi T0 menunggu transaksi T1 dan T2 Transaksi T2 menunggu transaksi T1 Transaksi T1 menunggu transaksi T3 Transaksi T3 menunggu transaksi T2

deadlock!

T 1

T 0

T 3

T 2

Page 16: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 16

4 . P e n g u j i a n p r o g r a m r e a d ( x ) ; w h i l e x < > 9 9 9 9 d o b e g i n i f x < 0 t h e n w r i t e l n ( ‘ M a s u k a n t i d a k b o l e h n e g a t i f ’ ) e l s e x : = x + 1 0 ; r e a d ( x ) ; e n d ; w r i t e l n ( x ) ;

K e t e r a n g a n : 1 : r e a d ( x ) 5 : x : = x + 1 0 2 : x < > 9 9 9 9 6 : r e a d ( x ) 3 : x < 0 7 : w r i t e l n ( x ) 4 : w r i t e l n ( ‘ M a s u k a n t i d a k b o l e h n e g a t i f ’ ) ;

1 2

3

4

5

6 7

Page 17: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 17

5 . T era p a n g ra f p a d a teo r i o to m a ta [L IU 8 5 ]. M esin ja ja (ven d in g m a c h in e )

K e te ra n g an : a : 0 sen d im asu k k an b : 5 sen d im asu k k an c : 1 0 se n d im asu k k a n d : 1 5 se n a tau leb ih d im asu k k an

a b c d

P P P

P

5

5

10

10

10

105 5

Page 18: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 18

LatihanGambarkan graf yang menggambarkan sistem pertandingan ½ kompetisi (round-robin tournaments) yang diikuti oleh 6 tim.

Page 19: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 19

Terminologi Graf1. Ketetanggaan (Adjacent) Dua buah simpul dikatakan bertetangga bila keduanya terhubung langsung. Tinjau graf G1 : simpul 1 bertetangga dengan simpul 2 dan 3,

simpul 1 tidak bertetangga dengan simpul 4.

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4

e 53

Page 20: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 20

2. Bersisian (Incidency) Untuk sembarang sisi e = (vj, vk) dikatakan e bersisian dengan simpul vj , atau e bersisian dengan simpul vk Tinjau graf G1: sisi (2, 3) bersisian dengan simpul 2 dan simpul 3,

sisi (2, 4) bersisian dengan simpul 2 dan simpul 4, tetapi sisi (1, 2) tidak bersisian dengan simpul 4.

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4

e 53

Page 21: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 21

3. Simpul Terpencil (Isolated Vertex) Simpul terpencil ialah simpul yang tidak mempunyai sisi yang bersisian dengannya. Tinjau graf G3: simpul 5 adalah simpul terpencil.

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4

e 53

Page 22: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 22

4. Graf Kosong (null graph atau empty graph) Graf yang himpunan sisinya merupakan himpunan kosong (Nn). Graf N5 :

1

2

3

45

Page 23: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 23

5. Derajat (Degree) Derajat suatu simpul adalah jumlah sisi yang bersisian dengan simpul tersebut. Notasi: d(v)

Tinjau graf G1: d(1) = d(4) = 2 d(2) = d(3) = 3 Tinjau graf G3: d(5) = 0 simpul terpencil

d(4) = 1 simpul anting-anting (pendant vertex) Tinjau graf G2: d(1) = 3 bersisian dengan sisi ganda

d(2) = 4 bersisian dengan sisi gelang (loop)

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4

e 53

Page 24: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 24

Pada graf berarah, din(v) = derajat-masuk (in-degree)

= jumlah busur yang masuk ke simpul v dout(v) = derajat-keluar (out-degree)

= jumlah busur yang keluar dari simpul v d(v) = din(v) + dout(v)

Page 25: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 25

G 4 G 5 T in ja u g ra f G 4 :

d in(1 ) = 2 ; d o u t(1 ) = 1 d in(2 ) = 2 ; d o u t(2 ) = 3

d in(3 ) = 2 ; d o u t(3 ) = 1 d in(4 ) = 1 ; d o u t(3 ) = 2

1 1

2 3

4

2 3

4

Page 26: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 26

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4

e 53

L e m m a J a b a t T a n g a n . J u m l a h d e r a j a t s e m u a s i m p u l p a d a s u a t u g r a f a d a l a h g e n a p , y a i t u d u a k a l i j u m l a h s i s i p a d a g r a f t e r s e b u t . D e n g a n k a t a l a i n , j i k a G = ( V , E ) , m a k a Evd

Vv2)(

T i n j a u g r a f G 1 : d ( 1 ) + d ( 2 ) + d ( 3 ) + d ( 4 ) = 2 + 3 + 3 + 2 = 1 0

= 2 j u m l a h s i s i = 2 5

T i n j a u g r a f G 2 : d ( 1 ) + d ( 2 ) + d ( 3 ) = 3 + 3 + 4 = 1 0 = 2 j u m l a h s i s i = 2 5

T i n j a u g r a f G 3 : d ( 1 ) + d ( 2 ) + d ( 3 ) + d ( 4 ) + d ( 5 )

= 2 + 2 + 3 + 1 + 0 = 8 = 2 j u m l a h s i s i = 2 4

Page 27: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 27

Akibat dari lemma (corollary):

Teorema: Untuk sembarang graf G, banyaknya simpul berderajat ganjil selau genap.

Page 28: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 28

Contoh 2. Diketahui graf dengan lima buah simpul. Dapatkah kita menggambar graf tersebut jika derajat masing-masing simpul adalah: (a) 2, 3, 1, 1, 2 (b) 2, 3, 3, 4, 4 Penyelesaian: (a) tidak dapat, karena jumlah derajat semua simpulnya ganjil

(2 + 3 + 1 + 1 + 2 = 9). (b) dapat, karena jumlah derajat semua simpulnya genap (2 + 3 + 3 + 4 + 4 = 16).

Page 29: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 29

LatihanMungkinkah dibuat graf-sederhana 5 simpul dengan derajat masing-masing simpul adalah:(a) 5, 2, 3, 2, 4(b) 4, 4, 3, 2, 3(c) 3, 3, 2, 3, 2(d) 4, 4, 1, 3, 2Jika mungkin, berikan satu contohnya, jika tidak mungkin, berikan alasan singkat.

Page 30: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 30

Jawaban:(a) 5, 2, 3, 2, 4: Tidak mungkin, karena ada

simpul berderajat 5(b) 4, 4, 3, 2, 3: Mungkin [contoh banyak](c) 3, 3, 2, 3, 2: Tidak mungkin, karena

jumlah simpul berderajat ganjil ada 3 buah (alasan lain, karena jumlah derajat ganjil)

(d) 4, 4, 1, 3, 2: Tidak mungkin, karena simpul-1 dan simpul-2 harus bertetangga dengan simpul sisanya, berarti simpul-3 minimal berderajat 2 (kontradiksi dengan simpul-3 berderajat 1)

Page 31: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 31

6. Lintasan (Path) Lintasan yang panjangnya n dari simpul awal v0 ke simpul tujuan vn di dalam graf G ialah barisan berselang-seling simpul-simpul dan sisi-sisi yang berbentuk v0, e1, v1, e2, v2,... , vn –1, en, vn sedemikian sehingga e1 = (v0, v1), e2 = (v1, v2), ... , en = (vn-1, vn) adalah sisi-sisi dari graf G. Tinjau graf G1: lintasan 1, 2, 4, 3 adalah lintasan dengan barisan sisi (1,2), (2,4), (4,3). Panjang lintasan adalah jumlah sisi dalam lintasan tersebut. Lintasan 1, 2, 4, 3 pada G1 memiliki panjang 3.

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4

e 53

Page 32: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 32

7. Siklus (Cycle) atau Sirkuit (Circuit) Lintasan yang berawal dan berakhir pada simpul yang sama disebut sirkuit atau siklus. Tinjau graf G1: 1, 2, 3, 1 adalah sebuah sirkuit. Panjang sirkuit adalah jumlah sisi dalam sirkuit tersebut. Sirkuit 1, 2, 3, 1 pada G1 memiliki panjang 3.

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4

e 53

Page 33: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 33

8 . T e r h u b u n g (C o n n e c te d ) D u a b u a h s im p u l v 1 d a n s im p u l v 2 d ise b u t te r h u b u n g j ik a te rd a p a t lin ta sa n d a ri v 1 k e v 2 . G d ise b u t g r a f te r h u b u n g (c o n n e c te d g ra p h ) jik a u n tu k se tia p p a sa n g s im p u l v i d a n v j d a la m h im p u n a n V te rd a p a t lin ta sa n d a ri v i k e v j. J ik a tid a k , m a k a G d ise b u t g r a f ta k -ter h u b u n g (d isc o n n e c te d g ra p h ) . C o n to h g ra f ta k - te rh u b u n g :

1

2

3

4

5

6

78

Page 34: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 34

Graf berarah G dikatakan terhubung jika graf tidak berarahnya terhubung (graf tidak berarah dari G diperoleh dengan menghilangkan arahnya).

Dua simpul, u dan v, pada graf berarah G disebut terhubung

kuat (strongly connected) jika terdapat lintasan berarah dari u ke v dan juga lintasan berarah dari v ke u.

Jika u dan v tidak terhubung kuat tetapi terhubung pada graf

tidak berarahnya, maka u dan v dikatakan terhubung lemah (weakly coonected).

Page 35: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 35

Graf berarah G disebut graf terhubung kuat (strongly connected graph) apabila untuk setiap pasang sim pul sem barang u dan v di G , terhubung kuat. Kalau tidak, G disebut graf terhubung lem ah .

graf berarah terhubung lemah graf berarah terhubung kuat

1

2

3 4

1

2 3

Page 36: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 36

8 . U p a g r a f ( S u b g r a p h ) d a n K o m p l e m e n U p a g r a f M i s a l k a n G = ( V , E ) a d a l a h s e b u a h g r a f . G 1 = ( V 1 , E 1 ) a d a l a h u p a g r a f ( s u b g r a p h ) d a r i G j i k a V 1 V d a n E 1 E . K o m p l e m e n d a r i u p a g r a f G 1 t e r h a d a p g r a f G a d a l a h g r a f G 2 = ( V 2 , E 2 ) s e d e m i k i a n s e h i n g g a E 2 = E - E 1 d a n V 2 a d a l a h h i m p u n a n s i m p u l y a n g a n g g o t a - a n g g o t a E 2 b e r s i s i a n d e n g a n n y a .

( a ) G r a f G 1 ( b ) S e b u a h u p a g r a f ( c ) k o m p l e m e n d a r i u p a g r a f ( b )

1

2

3

4 5

6

1

6

5

31

2

3

52

Page 37: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 37

K o m p o n e n g r a f ( c o n n e c te d c o m p o n e n t ) a d a la h ju m la h m a k s im u m u p a g r a f t e r h u b u n g d a la m g r a f G . G r a f G d i b a w a h in i m e m p u n y a i 4 b u a h k o m p o n e n .

1

2 3 4

5

6 7

8

9

10

11

12

13

Page 38: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 38

P a d a g r a f b e r a r a h , k o m p o n e n te r h u b u n g k u a t ( s t r o n g ly c o n n e c t e d c o m p o n e n t ) a d a l a h ju m la h m a k s im u m u p a g r a f y a n g t e r h u b u n g k u a t . G r a f d i b a w a h in i m e m p u n y a i 2 b u a h k o m p o n e n t e r h u b u n g k u a t :

2 3

4

5

1

Page 39: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 39

9. U pagraf R entang (Spanning Subgraph ) U pagraf G 1 = (V 1, E 1) dari G = (V , E ) dikatakan upagraf rentang jika V 1 =V (yaitu G 1 m engandung sem ua sim pul dari G ).

(a) graf G , (b) upagraf rentang dari G , (c) bukan upagraf rentang dari G

1

2 3

4 5

1

2 3

4 5

1

2 3

Page 40: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 40

1 0 . C u t - S e t C u t - s e t d a r i g r a f t e r h u b u n g G a d a l a h h i m p u n a n s i s i y a n g b i l a d i b u a n g d a r i G m e n y e b a b k a n G t i d a k t e r h u b u n g . J a d i , c u t - s e t s e l a l u m e n g h a s i l k a n d u a b u a h k o m p o n e n . P a d a g r a f d i b a w a h , { ( 1 , 2 ) , ( 1 , 5 ) , ( 3 , 5 ) , ( 3 , 4 ) } a d a l a h c u t - s e t . T e r d a p a t b a n y a k c u t - s e t p a d a s e b u a h g r a f t e r h u b u n g . H i m p u n a n { ( 1 , 2 ) , ( 2 , 5 ) } j u g a a d a l a h c u t - s e t , { ( 1 , 3 ) , ( 1 , 5 ) , ( 1 , 2 ) } a d a l a h c u t - s e t , { ( 2 , 6 ) } j u g a c u t - s e t , t e t a p i { ( 1 , 2 ) , ( 2 , 5 ) , ( 4 , 5 ) } b u k a n c u t - s e t s e b a b h i m p u n a n b a g i a n n y a , { ( 1 , 2 ) , ( 2 , 5 ) } a d a l a h c u t - s e t .

( a ) ( b )

1

3 4

5

2

6

21

3

5

4

6

Page 41: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 41

11. Graf Berbobot (Weighted Graph) Graf berbobot adalah graf yang setiap sisinya diberi sebuah harga (bobot).

a

b

cd

e

10 12

8

15 911

14

Page 42: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 42

Beberapa Graf Khusus

a . G r a f L e n g k a p ( C o m p l e t e G r a p h ) G r a f l e n g k a p i a l a h g r a f s e d e r h a n a y a n g s e t i a p s i m p u l n y a m e m p u n y a i s i s i k e s e m u a s i m p u l l a i n n y a . G r a f l e n g k a p d e n g a n n b u a h s i m p u l d i l a m b a n g k a n d e n g a n K n . J u m l a h s i s i p a d a g r a f l e n g k a p y a n g t e r d i r i d a r i n b u a h s i m p u l a d a l a h n ( n – 1 ) / 2 .

K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6

Page 43: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 43

b . G r a f L i n g k a r a n G r a f l in g k a r a n a d a l a h g r a f s e d e r h a n a y a n g s e t i a p s im p u l n y a b e r d e r a j a t d u a . G r a f l i n g k a r a n d e n g a n n s i m p u l d i l a m b a n g k a n d e n g a n C n .

Page 44: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 44

c. Graf Teratur (Regular Graphs) Graf yang setiap simpulnya mempunyai derajat yang sama disebut graf teratur. Apabila derajat setiap simpul adalah r, maka graf tersebut disebut sebagai graf teratur derajat r. Jumlah sisi pada graf teratur adalah nr/2.

Page 45: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 45

LatihanBerapa jumlah maksimum dan jumlah minimum simpul pada graf sederhana yang mempunyai 16 buah sisi dan tiap simpul berderajat sama dan tiap simpul berderajat ≥ 4 ?

Page 46: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 46

Jawaban: Tiap simpul berderajat sama -> graf teratur.Jumlah sisi pada graf teratur berderajat r adalah e = nr/2. Jadi, n = 2e/r = (2)(16)/r = 32/r.Untuk r = 4, jumlah simpul yang dapat dibuat adalah maksimum, yaitu n = 32/4 = 8.Untuk r yang lain (r > 4 dan r merupakan pembagi bilangan bulat dari 32):r = 8 -> n = 32/8 = 4 -> tidak mungkin membuat graf sederhana.r = 16 -> n = 32/16 = 2 -> tidak mungkin membuat graf sederhana.Jadi, jumlah simpul yang dapat dibuat adalah 8 buah (maksimum dan minimum).

Page 47: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 47

d. Graf Bipartite (Bipartite Graph) Graf G yang himpunan simpulnya dapat dipisah menjadi dua himpunan bagian V1 dan V2, sedemikian sehingga setiap sisi pada G menghubungkan sebuah simpul di V1 ke sebuah simpul di V2 disebut graf bipartit dan dinyatakan sebagai G(V1, V2).

V1 V2

Page 48: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 48

Graf G di bawah ini adalah graf bipartit, karena simpul-simpunya dapat dibagi menjadi V1 = {a, b, d} dan V2 = {c, e, f, g}

G

graf persoalan utilitas (K3,3), topologi bintang

H 2 H 3

W G E

H 1

a b

c

de

f

g

Page 49: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 49

Representasi Graf1. Matriks Ketetanggaan (adjacency matrix)

A = [aij],

1, jika simpul i dan j bertetangga aij = { 0, jika simpul i dan j tidak bertetangga

Page 50: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 50

C o n to h :

4321 54321 4321

4321

0110101111010110

0000000100010110010100110

54321

4321

0110000111010010

(a ) (b ) (c )

4321

4321

0210211211010210

1

32

4

1

23

4

5

1

2 3

4

1

2

4

3

e1e 2

e3e4

e 5

e6e7

e8

Page 51: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 51

Derajat tiap simpul i: (a) Untuk graf tak-berarah

d(vi) =

n

jija

1

(b) Untuk graf berarah,

din (vj) = jumlah nilai pada kolom j =

n

iija

1

dout (vi) = jumlah nilai pada baris i =

n

jija

1

Page 52: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 52

a b c d e

15810151411

1498119121012

edcba

a

b

cd

e

10 12

8

15 911

14

Page 53: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 53

2. Matriks Bersisian (incidency matrix)

A = [aij], 1, jika simpul i bersisian dengan sisi j aij = { 0, jika simpul i tidak bersisian dengan sisi j

e1 e2 e3 e4 e5

4321

10000111000011101011

1 2

3

4

e1

e2 e3e4

e5

Page 54: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 54

3. Senarai Ketetanggaan (adjacency list)

Simpul Simpul Tetangga Simpul Simpul Tetangga Simpul Simpul Terminal 1 2, 3 1 2, 3 1 2 2 1, 3, 4 2 1, 3 2 1, 3, 4 3 1, 2, 4 3 1, 2, 4 3 1 4 2, 3 4 3 4 2, 3 5 -

(a) (b) (c)

1

32

4

1

23

4

5

1

2 3

4

Page 55: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 55

Graf IsomorfikDiketahui matriks ketetanggaan (adjacency matrices) dari sebuah graf tidak berarah. Gambarkan dua buah graf yang yang bersesuaian dengan matriks tersebut.

0101110110011101110110010

Page 56: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 56

Jawaban:

Dua buah graf yang sama (hanya penggambaran secara geometri berbeda) isomorfik!

1

1

2 3

345

5 4

2

Page 57: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 57

Graf Isomorfik Dua buah graf yang sama tetapi secara geometri berbeda disebut graf

yang saling isomorfik. Dua buah graf, G1 dan G2 dikatakan isomorfik jika terdapat

korespondensi satu-satu antara simpul-simpul keduanya dan antara sisi-sisi keduaya sedemikian sehingga hubungan kebersisian tetap terjaga.

Dengan kata lain, misalkan sisi e bersisian dengan simpul u dan v di G1,

maka sisi e’ yang berkoresponden di G2 harus bersisian dengan simpul u’ dan v’ yang di G2.

Dua buah graf yang isomorfik adalah graf yang sama, kecuali penamaan

simpul dan sisinya saja yang berbeda. Ini benar karena sebuah graf dapat digambarkan dalam banyak cara.

Page 58: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 58

(a ) G 1 (b ) G 2 (c ) G 3

G a m b a r 6 .3 5 G 1 is o m o rf ik d e n g a n G 2 , te ta p i G 1 t id a k is o m o r f ik d e n g a n G 3

3

4

1 2

d c

a b

v w

x y

Page 59: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 59

( a ) G 1 ( b ) G 2

G a m b a r 6 . 3 6 G r a f ( a ) d a n g r a f ( b ) i s o m o r f i k [ D E O 7 4 ] edcba zvwyx

A G 1 =

edcba

0100010101010110010101110

A G 2 =

zvwyx

0100010101010110010101110

z

d

c

a

b

e

x

v w

y

Page 60: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 60

( a )

( b )

G a m b a r 6 . 3 8 ( a ) D u a b u a h g r a f i s o m o r f i k , ( b ) t i g a b u a h g r a f i s o m o r f i k

Page 61: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 61

D a r i d e f i n i s i g r a f i s o m o r f i k d a p a t d i k e m u k a k a n b a h w a d u a b u a h g r a f i s o m o r f i k m e m e n u h i k e t i g a s y a r a t b e r i k u t [ D E O 7 4 ] : 1 . M e m p u n y a i j u m l a h s i m p u l y a n g s a m a . 2 . M e m p u n y a i j u m l a h s i s i y a n g s a m a 3 . M e m p u n y a i j u m l a h s i m p u l y a n g s a m a b e r d e r a j a t t e r t e n t u N a m u n , k e t i g a s y a r a t i n i t e r n y a t a b e l u m c u k u p m e n j a m i n . P e m e r i k s a a n s e c a r a v i s u a l p e r l u d i l a k u k a n .

( a ) ( b )

x

u

v

w

y

Page 62: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 62

LatihanApakah pasangan graf di bawah ini isomorfik?

a

b

c

d

e

f

g

h u

v

w

t

p

q

r

s

Page 63: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 63

LatihanApakah pasangan graf di bawah ini isomorfik?

a b

cd

e f

p q

rs

tu

Page 64: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 64

LatihanGambarkan 2 buah graf yang isomorfik dengan graf teratur berderajat 3 yang mempunyai 8 buah simpul

Page 65: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 65

Jawaban:

Page 66: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 66

Graf Planar (Planar Graph) dan Graf Bidang (Plane

Graph)Graf yang dapat digambarkan pada bidang datar dengan sisi-sisi tidak saling memotong (bersilangan) disebut graf planar, jika tidak, maka ia disebut graf tak-planar. K4 adalah graf planar:

Page 67: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 67

K5 adalah graf tidak planar:

Page 68: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 68

Graf planar yang digambarkan dengan sisi-sisi yang tidak saling berpotongan disebut graf bidang (plane graph).

(a) (b) (c)

Tiga buah graf planar. Graf (b) dan (c) adalah graf bidang

Page 69: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 69

Persoalan utilitas (utility problem)

(a) (b) (a) Graf persoalan utilitas (K3,3), (b) graf persoalan utilitas bukan graf planar.

H 2 H 3

W G E

H 2 H 3

W G E

H 1H 1

Aplikasi Graf Planar

Page 70: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 70

Aplikasi Graf Planar

Perancangan IC (Integrated Circuit)

Tidak boleh ada kawat-kawat di dalam IC-board yang saling bersilangan dapat menimbulkan interferensi arus listrik malfunction

Perancangan kawat memenuhi prinsip graf planar

Page 71: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 71

LatihanGambarkan graf (kiri) di bawah ini sehingga tidak ada sisi-sisi yang berpotongan (menjadi graf bidang). (Solusi: graf kanan)

Page 72: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 72

Sisi-sisi pada graf bidang membagi bidang datar menjadi beberapa wilayah (region) atau muka (face).

Graf bidang pada gambar di bawah initerdiri atas 6 wilayah (termasuk wilayah terluar):

R1

R2 R3

R5

R4R6

Page 73: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 73

Hubungan antara jumlah simpul (n), jumlah sisi (e), dan jumlah wilayah (f) pada graf bidang:

n – e + f = 2 (Rumus Euler)

Pada Gambar di atas, e = 11 dan n = 7, f = 6, maka 7 – 11 + 6 = 2.

R1

R 2 R3

R 5

R4R6

Page 74: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 74

LatihanMisalkan graf sederhana planar memiliki 24 buah simpul, masing-masing simpul berderajat 4. Representasi planar dari graf tersebut membagi bidang datar menjadi sejumlah wilayah atau muka. Berapa banyak wilayah yang terbentuk?

Page 75: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 75

Jawaban:Diketahui n = jumlah simpul = 24, maka jumlah derajat seluruh simpul = 24 4 = 96.

Menurut lemma jabat tangan, jumlah derajat = 2 jumlah sisi,sehinggajumlah sisi = e = jumlah derajat/2 = 96/2 = 48

Dari rumus Euler, n – e + f = 2, sehingga f = 2 – n + e = 2 – 24 + 48 = 26 buah.

Page 76: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 76

Pada graf planar sederhana terhubung dengan f buah wilayah, n buah simpul, dan e buah sisi (e > 2) selalu berlaku:

e 3n – 6

Ketidaksamaan yang terakhir dinamakan ketidaksamaan Euler,

yang dapat digunakan untuk menunjukkan keplanaran suatu graf sederhana

kalau graf planar, maka ia memenuhi ketidaksamaan Euler, sebaliknya jika tidak planar maka ketidaksamaan tersebut tidak dipenuhi.

Page 77: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 77

Contoh: Pada K4, n = 4, e = 6, memenuhi ketidaksamaan Euler, sebab 6 3(4) – 6. Jadi, K4 adalah graf planar. Pada graf K5, n = 5 dan e = 10, tidak memenuhi ketidaksamaan Euler sebab 10 3(5) – 6. Jadi, K5 tidak planar

K4 K5 K3,3

Page 78: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 78

Ketidaksamaan e 3n – 6 tidak berlaku untuk K3,3 karena e = 9, n = 6 9 (3)(6) – 6 = 12 (jadi, e 3n – 6) padahal graf K3,3 bukan graf planar! Buat asumsi baru: setiap daerah pada graf planar dibatasi oleh paling sedikit empat buah sisi, Dari penurunan rumus diperoleh e 2n - 4

Page 79: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 79

Contoh Graf K3,3 pada Gambar di bawah memenuhi ketidaksamaan e 2n – 4, karena e = 9, n = 6 9 (2)(6) – 4 = 8 (salah) yang berarti K3,3 bukan graf planar.

H 2 H 3

W G E

H 2 H 3

W G E

H 1H 1

Page 80: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 80

Teorema Kuratoswki Berguna untuk menentukan dengan tegas keplanaran suat graf.

(a) (b) (c)

Gambar (a) Graf Kuratowski pertama (K5) (b) Graf Kuratowski kedua (K3, 3) (c) Graf yang isomorfik dengan graf Kuratowski kedua

Page 81: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 81

Kazimierz Kuratowski (February 2, 1896 – June 18, 1980) was a Polish mathematician and logician. He was one of the leading representatives of the Warsaw School of Mathematics.(Sumber: Wikipedia)

Page 82: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 82

Sifat graf Kuratowski adalah: 1. Kedua graf Kuratowski adalah graf teratur. 2. Kedua graf Kuratowski adalah graf tidak-planar 3. Penghapusan sisi atau simpul dari graf Kuratowski

menyebabkannya menjadi graf planar. 4. Graf Kuratowski pertama adalah graf tidak-planar

dengan jumlah simpul minimum, dan graf Kuratowski kedua adalah graf tidak-planar dengan jumlah sisi minimum.

Page 83: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 83

TEOREMA Kuratowski. Graf G bersifat planar jika dan hanya jika ia tidak mengandung upagraf yang isomorfik dengan salah satu graf Kuratowski atau homeomorfik (homeomorphic) dengan salah satu dari keduanya.

G1 G2 G3

Gambar Tiga buah graf yang homemorfik satu sama lain.

v

x

y

Page 84: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 84

Contoh: Kita gunakan Teorema Kuratowski untuk memeriksa keplanaran graf. Graf G di bawah ini bukan graf planar karena ia mengandung upagraf (G1) yang sama dengan K3,3.

Graf G tidak planar karena ia mengandung upagraf yang sama dengan K3,3.

a bc

def

a bc

def

G G 1

Page 85: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 85

Graf G tidak planar karena ia mengandung upagraf (G1) yang homeomorfik dengan K5 (dengan membuang simpul-simpul yang berderajat 2 dari G1, diperoleh K5).

G G1 K5

Gambar Graf G, upagraf G1 dari G yang homeomorfik dengan K5.

a

b

c

d

efg

h

a

b

c

d

efg

h

ii

a

c

eg

h

Page 86: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 86

LatihanPerlihatkan dengan teorema Kuratowski bahwa graf Petersen tidak planar.

Page 87: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 87

Jawaban: 1

2

3

4

5

6 7

89

1 0

1

2

3

4

5

6 7

89

1

2

3

4

5

6

(a) G ra f P eter se n , G (b ) G1

(c) G2

(d ) K3 ,3

1

2 4 6

3 5

Gambar (a) Graf Petersen (b) G1 adalah upagraf dari G (c) G2 homeomorfik dengan

G1 (d) G2 isomorfik dengan

K3,3

Page 88: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 88

Lintasan dan Sirkuit Euler

Lintasan Euler ialah lintasan yang melalui masing-masing sisi di dalam graf tepat satu kali.

Sirkuit Euler ialah sirkuit yang melewati masing-masing sisi tepat satu

kali..

Graf yang mempunyai sirkuit Euler disebut graf Euler (Eulerian graph). Graf yang mempunyai lintasan Euler dinamakan juga graf semi-Euler (semi-Eulerian graph).

Page 89: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 89

Contoh. Lintasan Euler pada graf (a) : 3, 1, 2, 3, 4, 1 Lintasan Euler pada graf (b) : 1, 2, 4, 6, 2, 3, 6, 5, 1, 3 Sirkuit Euler pada graf (c) : 1, 2, 3, 4, 7, 3, 5, 7, 6, 5, 2, 6, 1 Sirkuit Euler pada graf (d) : a, c, f, e, c, b, d, e, a, d, f, b, a Graf (e) dan (f) tidak mempunyai lintasan maupun sirkuit Euler

(a) dan (b) graf semi-Euler (c) dan (d) graf Euler (e) dan (f) bukan graf semi-Euler atau graf Euler

12

3 4

1 2

34

5 6

1

2 3

45

6 7

a

b

e

d

c

f

ba

c d

1 2

3

4 5 e

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Page 90: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 90

TEOREMA. Graf tidak berarah memiliki lintasan Euler jika (graf semi-Euler) dan hanya jika terhubung dan memiliki dua buah simpul berderajat ganjil atau tidak ada simpul berderajat ganjil sama sekali. TEOREMA. Graf tidak berarah G adalah graf Euler (memiliki sirkuit Euler) jika dan hanya jika setiap simpul berderajat genap.

Page 91: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 91

TEOREMA. (a) Graf berarah G memiliki sirkuit Euler jika dan hanya jika G terhubung dan setiap simpul memiliki derajat-masuk dan derajat-keluar sama. (b) G memiliki lintasan Euler jika dan hanya jika G terhubung dan setiap simpul memiliki derajat-masuk dan derajat-keluar sama kecuali dua simpul, yang pertama memiliki derajat-keluar satu lebih besar derajat-masuk, dan yang kedua memiliki derajat-masuk satu lebih besar dari derajat-keluar.

Gambar (a) Graf berarah Euler (a, g, c, b, g, e, d, f, a) (b) Graf berarah semi-Euler (d, a, b, d, c, b) (c) Graf berarah bukan Euler maupun semi-Euler

ab

c

de

fg

a b

cd

a b

cd

(a) (b) (c)

Page 92: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 92

LatihanManakah di antara graf di bawah ini yang dapat dilukis tanpa mengangkat pensil sekalipun?

Page 93: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 93

Lintasan dan Sirkuit Hamilton

Lintasan Hamilton ialah lintasan yang melalui tiap simpul di dalam graf tepat satu kali.

Sirkuit Hamilton ialah sirkuit yang melalui tiap simpul di dalam graf

tepat satu kali, kecuali simpul asal (sekaligus simpul akhir) yang dilalui dua kali.

Graf yang memiliki sirkuit Hamilton dinamakan graf Hamilton,

sedangkan graf yang hanya memiliki lintasan Hamilton disebut graf semi-Hamilton.

Page 94: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 94

(a) (b) (c)

(a) graf yang memiliki lintasan Hamilton (misal: 3, 2, 1, 4) (b) graf yang memiliki lintasan Hamilton (1, 2, 3, 4, 1) (c) graf yang tidak memiliki lintasan maupun sirkuit Hamilton

1 2

34

1

3

2

4

1 2

34

Page 95: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 95

(a) (b)

(a) Dodecahedron Hamilton, (b) graf yang mengandung sirkuit Hamilton

Page 96: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 96

TEOREMA. Syarat cukup supaya graf sederhana G dengan n ( 3) buah simpul adalah graf Hamilton ialah bila derajat tiap simpul paling sedikit n/2 (yaitu, d(v) n/2 untuk setiap simpul v di G). (coba nyatakan dalam “jika p maka q”) TEOREMA. Setiap graf lengkap adalah graf Hamilton.

TEOREMA. Di dalam graf lengkap G dengan n buah simpul (n 3), terdapat (n – 1)!/2 buah sirkuit Hamilton.

Page 97: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 97

TEOREMA. Di dalam graf lengkap G dengan n buah simpul (n 3 dan n ganjil), terdapat (n – 1)/2 buah sirkuit Hamilton yang saling lepas (tidak ada sisi yang beririsan). Jika n genap dan n 4, maka di dalam G terdapat (n – 2)/2 buah sirkuit Hamilton yang saling lepas. Contoh. Sembilan anggota sebuah klub bertemu tiap hari untuk makan siang pada sebuah meja bundar. Mereka memutuskan duduk sedemikian sehingga setiap anggota mempunyai tetangga duduk berbeda pada setiap makan siang. Berapa hari pengaturan tersebut dapat dilaksanakan? Jawaban: Jumlah pengaturan tempat duduk yang berbeda adalah (9 – 1)/2 = 4.

Gambar Graf yang merepresentasikan persoalan pengaturan tempat duduk.

1

2

3

5

6

7

8

9

Page 98: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 98

Beberapa graf dapat mengandung sirkuit Euler dan sirkuit Hamilton sekaligus, mengandung sirkuit Euler tetapi tidak mengandung sirkuit Hamilton, dan sebagainya..

(a) (b)

(a) Graf Hamilton sekaligus graf Euler (b) Graf Hamilton sekaligus graf semi-Euler

6

5

4

1

3

2

5

1 2

34

Page 99: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 99

LatihanGambar di bawah ini adalah denah lantai dasar sebuah gedung. Apakah dimungkinkan berjalan melalui setiap pintu di lantai itu hanya satu kali saja jika kita boleh mulai memasuki pintu yang mana saja?

Page 100: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 100

Jawaban:Nyatakan ruangan sebagai simpul dan pintu antar ruangan sebagai sisi.Setiap pintu hanya boleh dilewati sekali (tidak harus kembali ke titik asal) melewati sisi tepat sekali lintasan EulerDi dalam graf tersebut ada 2 simpul berderajat ganjil (simpul 1 dan 6), selebihnya genap pasti ada lintasan EulerKesimpulan: setiap pintu dapat dilewati sekali saja

1 2 3

45 6

7

Page 101: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 101

Beberapa Aplikasi GrafLintasan terpendek (shortest path)(akan dibahas pada kuliah IF3051)Persoalan pedagang keliling (travelling salesperson problem)Persoalan tukang pos Cina (chinese postman problem)Pewarnaan graf (graph colouring)

Page 102: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 102

Persoalan Pedagang Keliling(travelling salesperson problem

(TSP)Diberikan sejumlah kota dan diketahui jarak antar kota. Tentukan tur terpendek yang harus dilalui oleh seorang pedagang bila pedagang itu berangkat dari sebuah kota asal dan menyinggahi setiap kota tepat satu kali dan kembali lagi ke kota asal keberangkatan.

==> menentukan sirkuit Hamilton yang memiliki bobot minimum.

Page 103: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 103

Page 104: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 104

Aplikasi TSP:1.Pak Pos mengambil surat di kotak pos

yang tersebar pada n buah lokasi di berbagai sudut kota.

2.Lengan robot mengencangkan n buah mur pada beberapa buah peralatan mesin dalam sebuah jalur perakitan.

3.Produksi n komoditi berbeda dalam sebuah siklus.

Page 105: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 105

Jumlah sirkuit Hamilton di dalam graf lengkap dengan n simpul: (n – 1)!/2.

Graf di atas memiliki (4 – 1)!/2 = 3 sirkuit Hamilton, yaitu:

a b

cd

12

8

15

1095

a b

cd

12

8

15

10

a b

cd

12

15

95

a b

cd

81095

Page 106: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 106

I1 = (a, b, c, d, a) bobot = 10 + 12 + 8 + 15 = 45I2 = (a, c, d, b, a) bobot = 12 + 5 + 9 + 15 = 41I3 = (a, c, b, d, a) bobot = 10 + 5 + 9 + 8 = 32

 Sirkuit Hamilton terpendek: I3 = (a, c, b, d, a) dengan bobot = 10 + 5 + 9 + 8 = 32.

 • Jika jumlah simpul n = 20 akan terdapat (19!)/2

sirkuit Hamilton atau sekitar 6 1016 penyelesaian.

a b

cd

12

8

15

10

a b

cd

12

15

95

a b

cd

81095

Page 107: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 107

Persoalan Tukang Pos Cina (Chinese Postman Problem)Dikemukakan oleh Mei Gan (berasal dari Cina) pada tahun 1962.

Persoalan: seorang tukang pos akan mengantar surat ke alamat-alamat sepanjang jalan di suatu daerah. Bagaimana ia merencanakan rute perjalanannya supaya ia melewati setiap jalan tepat sekali dan kembali lagi ke tempat awal keberangkatan? menentukan sirkuit Euler di dalam graf

Page 108: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 108

Lintasan yang dilalui tukang pos: A, B, C, D, E, F, C, E, B, F, A.

B C

EF

8

5

3A D

8

2

1

6

44

2

Page 109: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 109

Jika graf yang merepresentasikan persoalan adalah graf Euler, maka sirkuit Eulernya mudah ditemukan.

Jika grafnya bukan graf Euler, maka beberapa sisi di dalam graf harus dilalui lebih dari sekali.

Jadi, pak pos harus menemukan sirkuit yang mengunjungi setiap jalan paling sedikit sekali dan mempunyai jarak terpendek.

Page 110: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 110

Persoalan tukang pos Cina menjadi:

Seorang tukang pos akan mengantar surat ke alamat-alamat sepanjang jalan di suatu daerah. Bagaimana ia merencanakan rute perjalanannya yang mempunyai jarak terpendek supaya ia melewati setiap jalan paling sedikit sekali dan kembali lagi ke tempat awal keberangkatan?

Page 111: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 111

Pewarnaan GrafAda dua macam: pewarnaan simpul, dan pewarnaan sisiHanya dibahas perwarnaan simpulPewarnaan simpul: memberi warna pada simpul-simpul graf sedemikian sehingga dua simpul bertetangga mempunyai warna berbeda.

Page 112: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 112

Page 113: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 113

Aplikasi pewarnaan graf: mewarnai peta.

Peta terdiri atas sejumlah wilayah.

Wilayah dapat menyatakan kecamatan, kabupaten, provinsi, atau negara.

Peta diwarnai sedemikian sehingga dua wilayah bertetangga mempunyai warna berbeda.

Page 114: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 114

Page 115: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 115

Nyatakan wilayah sebagai simpul, dan batas antar dua wilayah bertetangga sebagai sisi.

Mewarnai wilayah pada peta berarti mewarnai simpul pada graf yang berkoresponden.

Setiap wilayah bertetangga harus mempunyai warna berbeda warna setiap simpul harus berbeda.

Page 116: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 116

2

3

1

45

67

8

2

3

1

4

5

67

8

2

3

1

4

67

8

2

3

1

4

67

8

2

3

1

4

67

8

merah kuning

ungu

5

5

jingga

putih

hitam

biru

hijau

(a) (b) (c)

(d) (e)

merah

merah

5

merah

kuning

kuning

kuning

biruungu

Gambar 8.72 (a) Peta (b) Peta dan graf yang merepresentasikannya, (c) Graf yang merepresentasikan peta, (d) Pewarnaan simpul, setiap simpul mempunai warna berbeda, (e) Empat warna sudah cukup untuk mewarnai 8 simpul

Page 117: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 117

Bilangan kromatik: jumlah minimum warna yang dibutuhkan untuk mewarnai peta. Simbol: (G).

Suatu graf G yang mempunyai bilangan kromatis k dilambangkan dengan (G) = k.Graf di bawah ini memiliki (G) = 3

Page 118: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 118

Graf kosong Nn memiliki (G) = 1, karena semua simpul tidak terhubung, jadi untuk mewarnai semua simpul cukup dibutuhkan satu warna saja.

Page 119: Graf  (bagian 1)

Graf lengkap Kn memiliki (G) = n sebab semua simpul saling terhubung sehingga diperlukan n buah warna.

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 119

Page 120: Graf  (bagian 1)

Graf bipartit Km,n mempunyai (G) = 2, satu untuk simpul-simpul di himpunan V1 dan satu lagi untuk simpul-simpul di V2.

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 120

Page 121: Graf  (bagian 1)

Graf lingkaran dengan n ganjil memiliki (G) = 3, sedangkan jika n genap maka (G) = 2.

Sembarang pohon T memiliki (T) = 2.

Untuk graf-graf yang lain tidak dapat dinyatakan secara umum bilangan kromatiknya.

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 121

Page 122: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 122

Perkembangan teorema pewarnaan graf:TEOREMA 1. Bilangan kromatik graf planar 6.TEOREMA 2. Bilangan kromatik graf planar 5.TEOREMA 3. Bilangan kromatik graf planar 4.

• Teorema 4 berhasil menjawab persoalan 4-warna (yang diajuka pada abad 19): dapatkah sembarang graf planar diwarnai hanya dengan 4 warna saja?

• Jawaban dari persoalan ini ditemukan oleh Appel dan Haken yang menggunakan komputer untuk menganalisis hampir 2000 graf yang melibatkan jutaan kasus

Page 123: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 123

Cukup 4 warna saja untuk mewarnai sembarang peta

Page 124: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 124

Aplikasi lain pewarnaan graf: penjadwalan.Misalkan terdapat delapan orang mahasiswa (1, 2, …, 8) dan lima buah mata kuliah yang dapat dipilihnya (A, B, C, D, E). Tabel berikut memperlihatkan matriks lima mata kuliah dan delapan orang mahasiswa. Angka 1 pada elemen (i, j) berarti mahasiswa i memilih mata kuliah j, sedangkan angka 0 menyatakan mahasiswa i tidak memilih mata kuliah j.

A B C D E 1 0 1 0 0 1 2 0 1 0 1 0 3 0 0 1 1 0 4 1 1 0 0 0 5 0 1 0 1 0 6 0 0 1 1 0 7 1 0 1 0 0 8 0 0 1 1 0

Page 125: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 125

Berapa paling sedikit jumlah hari yang dibutuhkan untuk jadwal ujian tersebut sedemikian sehingga semua mahasiswa dapat mengikuti ujian mata kuliah yang diambilnya tanpa bertabrakan waktunya dengan jadwal ujian kuliah lain yang juga diambilnya?

Penyelesaian:simpul mata kuliahsisi ada mahasiswa yang mengambil kedua mata kuliah (2 simpul)

Page 126: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 126

A

BE

D

(a)

A

BE

CD

m erah

merah

m erah

biru

biru

(b)

Gambar 8.74. (a) Graf persoalan penjadwalan ujian 5 mata kuliah

untuk 8 orang mahasiswa (b) Hasil pewaranan pada simpul-simpul graf

• Bilangan kromatik graf pada Gambar 8.74 adalah 2. • Jadi, ujian mata kuliah A, E, dan D dapat dilaksanakan bersamaan, sedangkan ujian mata kuliah B dan C dilakukan bersamaan tetapi pada waktu yang berbeda dengan mata kuliah A, E, dan D.

Page 127: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 127

Latihan soal1. Dapatkah kita menggambar graf teratur

berderajat 3 dengan 7 buah simpul? Mengapa?

2. Tentukan jumlah simpul pada graf sederhana bila mempunyai 20 buah sisi dan tiap simpul berderajat sama.

3. Berapa jumlah minimum simpul yang diperlukan agar sebuah graf dengan 6 buah sisi menjadi planar? Ulangi soal yang sama untuk 11 buah sisi.

Page 128: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 128

4. Diberikan gambar sebuah graf G seperti di bawah ini.

(a) Tunjukkan dengan ketidaksamaan Euler bahwa graf G tidak planar.

B

A C

G

H

F

D E

(b) Tunjukkan dengan Teorema Kuratowski bahwa graf G tidak planar.

Page 129: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 129

5. Gambarkan 2 buah graf yang isomorfik dengan graf teratur berderajat 3 yang mempunyai 8 buah simpul.

6. Sebuah departemen mempunyai 6 kelompok kerja yang setiap bulannya masing-masing selalu mengadakan rapat satu kali. Keenam kelompok kerja dengan masing-masing anggotanya adalah: K1 = {Amir, Budi, Yanti}, K2 = {Budi, Hasan, Tommy}, K3 = {Amir, Tommy, Yanti}, K4 = {Hasan, Tommy, Yanti}, K5 = {Amir, Budi}, K6 = {Budi, Tommy, Yanti}. Berapa banyak waktu rapat berbeda yang harus direncanakan sehingga tidak ada anggota kelompok kerja yang dijadwalkan rapat pada waktu yang sama. Gambarkan graf yang merepresentasikan persoalan ini lalu (jelaskan sisi menyatakan apa, simpul menyatakan apa) tentukan jumlah waktu rapat ini.

Page 130: Graf  (bagian 1)

Rinaldi M/IF2091 Strukdis 130

7. Apakah K13 memiliki sirkuit Euler? Sirkuit Hamilton? Ulangi pertanyaan yang sama untuk K14

8. Sebuah graf akan dibentuk dari 25 buah sisi. Berapa jumlah maksimum simpul di dalam graf sederhana yang dapat dibuat dari 25 buah sisi tersebut?