Teori Graf

1. Seri KuliahMatematikaDiskrit – WawanLaksito YS, S.Si, M.Kom Teori Graf

2. Penggunaan Graf • Graf digunakanuntukmerepresentasikanobjek-objekdiskritdanhubunganantaraobjek-objektersebut.

3. Sejarah Graf • masalahjembatan Konigsberg (tahun 1736) • Graf yang merepresentasikanjembatanKonigsberg: • Simpul(vertex) menyatakandaratan • Sisi(edge) menyatakanjembatan • Bisakahmelaluisetiapjembatantepatsekalidankembalilagiketempatsemula?

4. Definisi Graf • Graf G = (V, E), yang dalamhalini: V = himpunantidak-kosongdarisimpul-simpul (vertices) = { v1 , v2 , ... , vn } E = himpunansisi (edges) yang menghubungkansepasangsimpul • = {e1 , e2 , ... , en }

5. Contoh Graf : • G1adalahgrafdengan V = { 1, 2, 3, 4 } E = { (1, 2), (1, 3), (2, 3), (2, 4), (3, 4) } • G2adalahgrafdengan V = { 1, 2, 3, 4 } E = { (1, 2), (2, 3), (1, 3), (3, 1), (2, 4), (3, 4), (4, 3) } = { e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7} • G3adalahgrafdengan V = { 1, 2, 3, 4 } E = { (1, 2), (2, 3), (1, 3), (1, 3), (2, 4), (3, 4), (3, 4), (3, 3) } = { e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7, e8} • PadaG2, sisie3 = (1, 3) dansisie4= (3, 1) dinamakansisi-ganda (multiple edgesatauparalel edges) karenakeduasisiinimenghubungiduabuahsimpul yang sama, yaitusimpul 1 dansimpul 3. • PadaG3, sisie8 = (3, 3) dinamakangelangataukalang (loop) karenaiaberawaldanberakhirpadasimpul yang sama.

6. Jenis-Jenis Graf • Berdasarkanadatidaknyagelangatausisigandapadasuatugraf, makagrafdigolongkanmenjadiduajenis: 1. Graf sederhana (simple graph). Graf yang tidakmengandunggelangmaupunsisi-gandadinamakangrafsederhana. G1padaGambar 2 adalahcontohgrafsederhana 2. Graf tak-sederhana (unsimple-graph). Graf yang mengandungsisigandaataugelangdinamakangraftak-sederhana (unsimple graph). G2danG3padaGambar 2 adalahcontohgraftak-sederhana

7. Jenis-Jenis Graf • Berdasarkanjumlahsimpulpadasuatugraf, makasecaraumumgrafdapatdigolongkanmenjadiduajenis: • Graf berhingga (limited graph) Graf berhinggaadalahgraf yang jumlahsimpulnya, n, berhingga. 2. Graf tak-berhingga (unlimited graph) Graf yang jumlahsimpulnya, n, tidakberhinggabanyaknyadisebutgraftak-berhingga.

8. Jenis-Jenis Graf • Berdasarkanorientasiarahpadasisi, makasecaraumumgrafdibedakanatas 2 jenis: 1. Graftak-berarah (undirected graph) Graf yang sisinyatidakmempunyaiorientasiarahdisebutgraftak-berarah. TigabuahgrafpadaGambar 2 adalahgraftak-berarah. 2. Graf berarah (directed graphataudigraph) Graf yang setiapsisinyadiberikanorientasiarahdisebutsebagaigrafberarah. DuabuahgrafpadaGambar 3 adalahgrafberarah.

9. Jenis Graf

10. ContohTerapan Graf • RangkaianListrik • Transaksikonkurenpada basis data terpusat TransaksiT0menunggutransaksiT1danT2 TransaksiT2menunggutransaksiT1 TransaksiT1menunggutransaksiT3 TransaksiT3menunggutransaksiT2

11. ContohTerapan Graf • Pengujian program read(x); while x <> 9999 do begin if x < 0 then writeln(‘Masukantidakbolehnegatif’) else x:=x+10; read(x); end; writeln(x); Keterangan: 1 : read(x) 5 : x := x + 10 2 : x <> 9999 6 : read(x) 3 : x < 0 7 : writeln(x) 4 : writeln(‘Masukantidakbolehnegatif’);

12. ContohTerapan Graf • Terapangrafpadateoriotomata Mesinjaja (vending machine) Keterangan: a : 0 sendimasukkan b : 5 sendimasukkan c : 10 sendimasukkan d : 15 senataulebihdimasukkan

13. ContohTerapan Graf • Jaringan komunikasi adalah kumpulan beberapa pusat atau stasiun yang dapatberkomunikasisecaralangsung.

14. TERMINOLOGI GRAF • Subgraf Misalkan G = (V, E) adalahsebuahgraf. G1 = (V1, E1) adalahsubgrafdari G jika V1 ⊆ V dan E1 ⊆ E. • Komplemen Komplemendarisubgraf G1 terhadapgraf G adalahgraf G2 = (V2, E2) sedemikiansehingga E2 = E - E1 dan V2 adalahhimpunansimpul yang anggota-anggota E2 bersisiandengannya.

15. TERMINOLOGI GRAF • Subgraf yang Direntang (Spanning Subgraf) ApabilaE‘ mengandungsemuaruasdi E yang keduaujungnyadi V‘ , maka G‘ adalahSubgraf yang dibentukoleh V‘ (Spanning Subgraph)

16. TERMINOLOGI GRAF • Ketetanggaan (Adjacent) Duabuahsimpuldikatakanbertetanggabilakeduanyaterhubunglangsung. graf G1: simpul 1 bertetanggadengansimpul 2 dan 3, simpul 1 tidakbertetanggadengansimpul 4.

17. TERMINOLOGI GRAF • Bersisian (Incidency) Untuksembarangruas e = (vj, vk) dikatakan : e bersisiandengansimpulvj, atau e bersisiandengansimpulvk graf G1: ruas (2, 3) bersisiandengansimpul 2 dansimpul 3, ruas (2, 4) bersisiandengansimpul 2 dansimpul 4, tetapiruas (1, 2) tidakbersisiandengansimpul 4.

18. TERMINOLOGI GRAF • SimpulTerpencil (Isolated Vertex) Simpulterpencilialahsimpul yang tidakmempunyaisisi yang bersisiandengannya. graf G3: simpul 5 adalahsimpulterpencil. • Graf Kosong (null grafatau empty graf) Graf yang himpunansisinyamerupakanhimpunankosong (Nn). Graf N5:

19. TERMINOLOGI GRAF • Derajat (Degree) Derajatsuatusimpul d(v) adalahbanyaknyaruas yang menghubungkansuatusimpul. SedangkanDerajat Graf G adalahjumlahsemua derajat simpul Graf G. graf G1: d(1) = d(4) = 2 ; d(2) = d(3) = 3 graf G2 : d(1) = 3 bersisiandenganruasganda d(3) = 4 bersisiandengan self-loop (derajatsebuah self-loop = 2) grafG3 : d(5) = 0 simpulterpencil / simpulterisolasi d(4) = 1 simpulbergantung / simpulakhir Jumlahderajatsemuasimpul Graf (derajat Graf) = dua kali banyaknyaruas Graf (size/ukuran Graf).

20. TERMINOLOGI GRAFDerajat (Degree) • 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) din(1) = 2; dout(1) = 1 din(2) = 2; dout(2) = 3 din(3) = 2; dout(3) = 1 din(4) = 1; dout(4) = 2

21. TERMINOLOGI GRAFDerajat (Degree) Contoh : • 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: • 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).

22. TERMINOLOGI GRAFLintasan (Path) • Lintasan yang panjangnya n dari simpul awal v0 ke simpul tujuan vndidalam 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.

23. TERMINOLOGI GRAFSiklus (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.

24. TERMINOLOGI GRAFTerhubung (Connected) • Dua buah simpul v1 dan simpul v2 disebut terhubung jika terdapat lintasan dari v1 ke v2. • G disebut graf terhubung (connected graph) jika untuk setiap pasang simpul vi dan vj dalam himpunan V terdapat lintasan dari vi ke vj. • Jika tidak, maka G disebut graf tak-terhubung (disconnected graph).

25. TERMINOLOGI GRAFTerhubung (Connected) • 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 terhubunglemah (weakly coonected). • Graf berarah G disebut graf terhubung kuat (strongly connected graph) apabila untuk setiap pasang simpul sembarang u dan v di G, terhubung kuat. Kalau tidak, G disebut graf terhubung lemah.

26. TERMINOLOGI GRAFCut-Set • Cut-set dari graf terhubung G adalah himpunan sisi yang bila dibuang dari G menyebabkan G tidak terhubung. Jadi, cut-set selalu menghasilkan dua buah komponen. • Pada graf di bawah, {(1,4), (1,5), (2,3), (2,4)} adalah cut-set. Terdapat banyak cut-set pada sebuah graf terhubung.

27. TERMINOLOGI GRAFGraf Berbobot (Weighted Graph) • Graf berbobot adalah graf yang setiap sisinya diberi sebuah harga (bobot).

28. Graf Sederhana Khusus a. Graf Lengkap (Complete Graph) Graf lengkap ialah graf sederhana yang setiap simpulnya mempunyai sisi ke semua simpul lainnya. Graf lengkap dengan n buah simpul dilambangkan dengan Kn. Jumlah sisi pada graf lengkap yang terdiri dari n buah simpul adalah n(n – 1)/2.

29. Graf Sederhana Khusus b. Graf Lingkaran Graf lingkaran adalah graf sederhana yang setiap simpulnya berderajat dua. Graf lingkaran dengan n simpul dilambangkan dengan Cn.

30. Graf Sederhana Khusus 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.

31. Graf Sederhana Khusus 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). Graf G di samping adalah graf bipartit, karena simpul-simpunya dapat dibagi menjadi V1 = {a, b, d} dan V2 = {c, e, f, g}

32. Representasi Graf 1. Matriks Ketetanggaan (adjacency matrix) A = [aij], 1, jika simpul i dan j bertetangga aij= 0, jika simpul i dan j tidak bertetangga {

33. Representasi Graf 1. Matriks Ketetanggaan (adjacency matrix) A = [aij], 1, jika simpul i dan j bertetangga aij= 0, jika simpul i dan j tidak bertetangga {

34. Representasi Graf 2. Matriks bobot Derajat tiap simpul i: (a) Untuk graf tak-berarah, (b) Untuk graf berarah, din(vj) = jumlah nilai pada kolom j = dout(vi) = jumlah nilai pada baris i =

35. Representasi Graf 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 {

36. Representasi Graf 3. Senarai Ketetanggaan (adjacency list)

37. Graf Isomorfik (Isomorphic Graph) • 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.

38. Graf Isomorfik (Isomorphic Graph)

39. Graf Isomorfik (Isomorphic Graph)

40. Graf Isomorfik (Isomorphic Graph)

41. Graf Planar (Planar Graph) dan Graf Bidang (Plane Graph) • Graf yang dapat digambarkan pada bidang datar dengan sisi-sisi tidak saling memotong disebut sebagai graf planar, jika tidak, ia disebut graf tak-planar. • Graf planar yang digambarkan dengan sisi-sisi yang tidak saling berpotongan disebut graf bidang (plane graph).

42. Graf Planar (Planar Graph) dan Graf Bidang (Plane Graph) • Sisi-sisi pada graf planar membagi bidang menjadi beberapa wilayah (region) atau muka (face). Jumlah wilayah pada graf planar dapat dihitung dengan mudah. Rumus Euler : n – e + f = 2 dimana : f = jumlah wilayah e = jumlah sisi n = jumlah simpul