Hello, dear friend, you can consult us at any time if you have any questions, add WeChat: daixieit

Main Examination period 2021  May/June  Semester B

Online Alternative Assessments

MTH6105: Algorithmic Graph Theory

Question 1  [22 marks].      Consider the following network (G, w), in which each vertex is labeled with its name and each edge e e E(G) with its weight w(e).

 

(a) Use Prim’s algorithm starting from vertex a to nd a minimum spanning tree of (G, w). Show your working and give the minimum spanning tree and its weight.    [10]

(b) Find another minimum spanning tree of (G, w). Show your working and give the minimum spanning tree and its weight.   [4]

(c) Does there exist a minimum spanning tree of (G, w) that does not contain the edge de? Justify your answer.   [4]

(d) Does there exist a minimum spanning tree of (G, w) that contains both of the edges bd and bf? Justify your answer.   [4]


Question 2  [26 marks].      Consider a tree T in which the degree of each vertex is either 1 or 3. Let n = 1V(T )1.

(a)  Show that n is even.   [2]

(b)  Show that T has  + 1 leaves.   [6]

(c) Determine the number of distinct simple graphs G such that T is a spanning tree of G. Explain your reasoning.   [6]

Call a graph G a tree-set if every connected component of G is a tree.

(d) For each of the following graphs, determine if the graph is a tree-set. Justify your answer.    [6]

(i) The graph G1  with V(G1 ) = {v1 , v2 , v3 , v4 , v5 , v6) and E(G1 ) = 0             

(ii) The graph G2  with V(G2 ) = V(G1 ) and E(G2 ) = {v1v2 , v2v4 , v2v6 , v4v6)

(iii) The graph G3  with V(G3 ) = V(G1 ) and E(G3 ) = {v1v5 , v2v6 , v3v4 , v5v6) Now consider an arbitrary graph G.

(e)  Give a polynomial-time algorithm to determine whether G is a tree-set. Show that the algorithm is indeed a polynomial-time algorithm.   [6]


Question 3  [24 marks].      Consider the following digraph D, in which each vertex is labeled with its name.

(a) Determine the strongly connected components of D. Show your working. Now consider the directed network (D, w), where w : A(D) → R with

w(v2v3 ) = 1,

w(v4v3 ) = 1,

w(v6v5 ) = 1.

presence of negative weights. Illustrate this fact by giving vertices u, v e V(D)

such that Dijkstra’s algorithm fails to nd a shortest directed u−v-path in

(D, w). Explain your reasoning.                                                                                   [6]

(c) Use the Bellman-Ford algorithm to nd a shortest directed v1 −v3-path in (D, w).        Show your working.                                                                                                     [12]


Question 4  [28 marks].

(a) For each of the following graphs, state if the graph is bipartite or not. Justify

your answer.

(i)

(ii)

(iii)


Now consider the bipartite graph G with

V(G) = {u1 , u2 , u3 , u4 , u5 , u6 , v1 , v2 , v3 , v4 , v5 , v6)

E(G) = {u1v2 , u1v4 , u2v1 , u2v2 , u2v3 , u2v4 , u2v5 , u2v6 , u3v2 , u3v4 , u4v2 , u4v3 , u4v4 , u5v2 , u5v4 , u6v1 , u6v2 , u6v4 , u6v5 , u6v6).


(b) Let U = {u1, u3, u5, v2, v4, v6}. Draw G[U], the induced subgraph of G with vertex set U.           [  ]2


(c) For each of the following sets, state if the set is a matching of G or not. Justify

your answer.                                                                                                                  [  ]6

(i)  M1  = {u1v2 , u2v1 , u5v2 , u6v4)

(ii)  M2  = {u1v2 , u2v1 , u3v3 , u4v4)

(iii)  M3  = {u1v4 , u2v2 , u4v3 , u6v5)

(d) Find a maximum matching of G. Show your working.   [10]

(e)  Show that the matching you have found is indeed a maximum matching.   [4]