1) Lập lịch thi
Hãy lập lịch thi trong trƣờng đại học sao cho không có sinh viên nào có hai
môn thi cùng một lúc.
Có thể giải bài toán lập lịch thi bằng mô hình đồ thị, với các đỉnh là các môn thi, có một cạnh nối hai đỉnh nếu có sinh viên phải thi cả hai môn đƣợc biểu diễn
bằng hai đỉnh này. Thời gian thi của mỗi môn đƣợc biểu thị bằng các màu khác
nhau. Nhƣ vậy, việc lập lịch thi sẽ tƣơng ứng với việc tô màu đồ thị này.
Chẳng hạn, có 7 môn thi cần xếp lịch. Giả sử các môn học đuợc đánh số từ 1 tới 7 và các cặp môn thi sau có chung sinh viên: 1 và 2, 1 và 3, 1 và 4, 1 và 7, 2 và 3, 2 và 4, 2 và 5, 2 và 7, 3 và 4, 3 và 6, 3 và 7, 4 và 5, 4 và 6, 5 và 6, 5 và 7, 6 và 7. Hình dƣới đây biểu diễn đồ thị tƣơng ứng. Việc lập lịch thi chính là việc tô màu đồ thị này. Vì số màu của đồ thị này là 4 nên cần có 4 đợt thi.
1 7 2 3 6 5 4 Đỏ Xanh Đỏ Vàng Vàng Nâu Nâu
2) Phân chia tần số
Các kênh truyền hình từ số 1 tới số 12 đƣợc phân chia cho các đài truyền hình sao cho không có đài phát nào cách nhau không quá 240 km lại dùng cùng một kênh. Có thể chia kênh truyền hình nhƣ thế nào bằng mô hình tô màu đồ thị.
Ta xây dựng đồ thị bằng cách coi mỗi đài phát là một đỉnh. Hai đỉnh đƣợc nối với nhau bằng một cạnh nếu chúng ở cách nhau không quá 240 km. Việc phân chia kênh tƣơng ứng với việc tô màu đồ thị, trong đó mỗi màu biểu thị một kênh.
3) Các thanh ghi chỉ số
Trong các bộ dịch hiệu quả cao việc thực hiện các vòng lặp đƣợc tăng tốc khi các biến dùng thƣờng xuyên đƣợc lƣu tạm thời trong các thanh ghi chỉ số của bộ xử lý trung tâm (CPU) mà không phải ở trong bộ nhớ thông thƣờng. Với một vòng lặp cho trƣớc cần bao nhiêu thanh ghi chỉ số? Bài toán này có thể giải
bằng mô hình tô màu đồ thị. Để xây dựng mô hình ta coi mỗi đỉnh của đồ thị là
một biến trong vòng lặp. Giữa hai đỉnh có một cạnh nếu các biến biểu thị bằng các đỉnh này phải đƣợc lƣu trong các thanh ghi chỉ số tại cùng thời điểm khi
thực hiện vòng lặp. Nhƣ vậy, số màu của đồ thị chính là số thanh ghi cần có vì
những thanh ghi khác nhau đƣợc phân cho các biến khi các đỉnh biểu thị các biến này là liền kề trong đồ thị.
BÀI TẬP CHƢƠNG 7
1. Cho G là một đơn đồ thị phẳng liên thông có 10 mặt, tất cả các đỉnh đều có bậc 4. Tìm số đỉnh của đồ thị G.
2. Cho G là một đơn đồ thị phẳng liên thông có 9 đỉnh, bậc các đỉnh là 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 5. Tìm số cạnh và số mặt của G.
3. Tìm số đỉnh, số cạnh và đai của: a) Kn; b) Km,n. 4. Chứng minh rằng:
a) Kn là phẳng khi và chỉ khi n ≤ 4;
b) Km,n là phẳng khi và chỉ khi m ≤ 2 hay n ≤ 2.
5. Đồ thị nào trong các đồ thị không phẳng sau đây có tính chất: Bỏ một đỉnh bất kỳ và các cạnh liên thuộc của nó tạo ra một đồ thị phẳng.
a) K5; b) K6; c) K3,3.
6. Cho G là một đơn đồ thị phẳng liên thông có n đỉnh và m cạnh, trong đó
n ≥ 3. Chứng minh rằng: m ≤ 3n − 6.
7. Trong các đồ thị ở hình dƣới đây, đồ thị nào là phẳng, đồ thị nào không phẳng? Nếu đồ thị là phẳng thì có thể kẻ thêm ít nhất là bao nhiêu cạnh để đƣợc đồ thị không phẳng?
8. Chứng minh rằng đồ thị Peterson (đồ thị trong Bài tập 8, Chƣơng IV) là đồ thị không phẳng.
9. Cho G là một đồ thị phẳng liên thông có n đỉnh, m cạnh và đai là g, với g
≥ 3. Chứng minh rằng: m ≤ 2 g g (n − 2).
10. Đa diện lồi có d mặt (d ≥ 5), mà từ mỗi đỉnh có đúng 3 cạnh. Hai ngƣời chơi trò chơi nhƣ sau: mỗi ngƣời lần lƣợt tô đỏ một mặt trong các mặt còn lại. Ngƣời thắng là ngƣời tô đƣợc 3 mặt có chung một đỉnh. Chứng minh rằng tồn tại cách chơi mà ngƣời đƣợc tô trƣớc luôn luôn thắng.
11. Chứng minh rằng:
a) Một đồ thị phẳng có thể tô đúng các đỉnh bằng hai màu khi và chỉ khi đó là đồ thị phân đôi;
b) Một đồ thị phẳng có thể tô đúng các miền bằng hai màu khi và chỉ khi đó là đồ thị Euler.
12. Tìm sắc số của các đồ thị cho trong Bài tập 7. 13. Tìm sắc số của các đồ thị Kn, Km,n, Cn, và Wn.
14. Khoa Toán có 6 hội đồng họp mỗi tháng một lần. Cần có bao nhiêu thời điểm họp khác nhau để đảm bảo rằng không ai bị xếp lịch họp hai hội đồng cùng một lúc, nếu các hội đồng là:
H1 = {H, L, P}, H2 = {L, M, T}, H3 = {H, T, P}
15. Một vƣờn bách thú muốn xây dựng chuồng tự nhiên để trƣng bày các con thú. Không may, một số loại thú sẽ ăn thịt các con thú khác nếu có cơ hội. Có thể dùng mô hình đồ thị và tô màu đồ thị nhƣ thế nào để xác định số chuồng khác nhau cần có và cách nhốt các con thú vào các chuồng thú tự nhiên này?
16. Chứng minh rằng một đơn đồ thị phẳng có 8 đỉnh và 13 cạnh không thể đƣợc tô đúng bằng hai màu.
17. Chứng minh rằng nếu G là một đơn đồ thị phẳng có ít hơn 12 đỉnh thì tồn tại trong G một đỉnh có bậc ≤ 4. Từ đó hãy suy ra rằng đồ thị G có thể tô đúng bằng 4 màu.
Chƣơng 8 ĐẠI SỐ BOOLE
Các mạch điện trong máy tính và các dụng cụ điện tử khác đều có các đầu
vào, mỗi đầu vào là số 0 hoặc số 1, và tạo ra các đầu ra cũng là các số 0 và 1.
Các mạch điện đó đều có thể đƣợc xây dựng bằng cách dùng bất kỳ một phần tử cơ bản nào có hai trạng thái khác nhau. Chúng bao gồm các chuyển mạch có thể ở hai vị trí mở hoặc đóng và các dụng cụ quang học có thể là sáng hoặc tối. Năm 1938 Claude Shannon chứng tỏ rằng có thể dùng các quy tắc cơ bản của lôgic do George Boole đƣa ra vào năm 1854 trong cuốn “Các quy luật của tƣ duy” của ông để thiết kế các mạch điện. Các quy tắc này đã tạo nên cơ sở của đại số Boole. Sự hoạt động của một mạch điện đƣợc xác định bởi một hàm Boole chỉ rõ giá trị của đầu ra đối với mỗi tập đầu vào. Bƣớc đầu tiên trong việc xây dựng một mạch điện là biểu diễn hàm Boole của nó bằng một biểu thức đƣợc lập bằng cách dùng các phép toán cơ bản của đại số Boole. Biểu thức mà ta sẽ nhận đƣợc có thể chứa nhiều phép toán hơn mức cần thiết để biểu diễn hàm đó. Ở cuối chƣơng này, ta sẽ có các phƣơng pháp tìm một biểu thức với số tối thiểu các phép tổng và tích đƣợc dùng để biểu diễn một hàm Boole. Các thủ tục đƣợc mô
tả là bản đồ Karnaugh và phƣơng pháp Quine-McCluskey, chúng đóng vai trò
quan trọng trong việc thiết kế các mạch điện có hiệu quả cao.