Teoria dos Grafos. Professor: Guilherme Oliveira Mota.
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- Mônica Espírito Santo Salazar
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1 Teoria dos Grafos Aula 1: Apresentação e introdução Professor: Guilherme Oliveira Mota g.mota@ufabc.edu.br
2 Apresentação do professor Professor: Guilherme Oliveira Mota Sala o andar - Torre 2 Formação: Bacharelado em Ciência da Computação (UFC) Mestrado em Ciência da Computação (UFC) Doutorado em Ciência da Computação (USP)
3 Apresentação do professor Professor: Guilherme Oliveira Mota Sala o andar - Torre 2 Formação: Bacharelado em Ciência da Computação (UFC) Mestrado em Ciência da Computação (UFC) Doutorado em Ciência da Computação (USP) Pós-doutorado em Matemática (UHH) Pós-doutorado em Matemática (TUHH) Pós-doutorado em Ciência da Computação (USP)
4 Apresentação do professor Professor: Guilherme Oliveira Mota Sala o andar - Torre 2 Formação: Bacharelado em Ciência da Computação (UFC) Mestrado em Ciência da Computação (UFC) Doutorado em Ciência da Computação (USP) Pós-doutorado em Matemática (UHH) Pós-doutorado em Matemática (TUHH) Pós-doutorado em Ciência da Computação (USP) Linhas de pesquisa Teoria dos Grafos, Teoria de Ramsey, e Combinatória Extremal
5 Apresentação do professor Professor: Guilherme Oliveira Mota Sala o andar - Torre 2 Formação: Bacharelado em Ciência da Computação (UFC) Mestrado em Ciência da Computação (UFC) Doutorado em Ciência da Computação (USP) Pós-doutorado em Matemática (UHH) Pós-doutorado em Matemática (TUHH) Pós-doutorado em Ciência da Computação (USP) Linhas de pesquisa Teoria dos Grafos, Teoria de Ramsey, e Combinatória Extremal
6 Apresentação do professor Professor: Guilherme Oliveira Mota Sala o andar - Torre 2 Formação: Bacharelado em Ciência da Computação (UFC) Mestrado em Ciência da Computação (UFC) Doutorado em Ciência da Computação (USP) Pós-doutorado em Matemática (UHH) Pós-doutorado em Matemática (TUHH) Pós-doutorado em Ciência da Computação (USP) Linhas de pesquisa Teoria dos Grafos, Teoria de Ramsey, e Combinatória Extremal
7 Apresentação do professor Professor: Guilherme Oliveira Mota Sala o andar - Torre 2 Formação: Bacharelado em Ciência da Computação (UFC) Mestrado em Ciência da Computação (UFC) Doutorado em Ciência da Computação (USP) Pós-doutorado em Matemática (UHH) Pós-doutorado em Matemática (TUHH) Pós-doutorado em Ciência da Computação (USP) Linhas de pesquisa Teoria dos Grafos, Teoria de Ramsey, e Combinatória Extremal
8 Apresentação do professor Professor: Guilherme Oliveira Mota Sala o andar - Torre 2 Formação: Bacharelado em Ciência da Computação (UFC) Mestrado em Ciência da Computação (UFC) Doutorado em Ciência da Computação (USP) Pós-doutorado em Matemática (UHH) Pós-doutorado em Matemática (TUHH) Pós-doutorado em Ciência da Computação (USP) Linhas de pesquisa Teoria dos Grafos, Teoria de Ramsey, e Combinatória Extremal
9 Apresentação do curso Sobre a disciplina Teoria dos Grafos Objetivos e Ementa Avaliação e Cronograma Bibliografia básica
10 Objetivos Conhecer de forma profunda os principais aspectos da Teoria dos Grafos Para isso, vamos entender: Conceitos básicos Alguns algoritmos importantes Propriedades estruturais Classes importantes de grafos Resultados clássicos em Teoria dos Grafos Resultados modernos em Teoria dos Grafos
11 Outros objetivos Aplicar diversas técnicas de provas em problemas envolvendo grafos Acelerar o amadurecimento matemático Ter contato com diversas vertentes da Teoria dos Grafos Ver demonstrações elegantes e importantes
12 Critério de avaliação A avaliação consistirá em duas provas e várias listas Prova 1: 30% da nota Prova 2: 45% da nota Listas de exercícios: 25% da nota
13 Critério de avaliação A avaliação consistirá em duas provas e várias listas Prova 1: 30% da nota Prova 2: 45% da nota Listas de exercícios: 25% da nota MF = 3 (Prova 1) + 4, 5 (Prova 2) + 2, 5 (média das listas) 10
14 Critério de avaliação A avaliação consistirá em duas provas e várias listas Prova 1: 30% da nota Prova 2: 45% da nota Listas de exercícios: 25% da nota MF = Conceito final 3 (Prova 1) + 4, 5 (Prova 2) + 2, 5 (média das listas) 10 A: MF 8, 5 B: 7 MF < 8, 5 C: 6 MF < 7 D: 5 MF < 6 F: MF < 5
15 Listas de exercícios Muitas listas (talvez 8 ou 9)
16 Listas de exercícios Muitas listas (talvez 8 ou 9) Entrega SOMENTE pelo Tidia
17 Listas de exercícios Muitas listas (talvez 8 ou 9) Entrega SOMENTE pelo Tidia Listas de exercícios: 25% da nota
18 Listas de exercícios Muitas listas (talvez 8 ou 9) Entrega SOMENTE pelo Tidia Listas de exercícios: 25% da nota Entregar em pdf (Fazer as listas em LaTeX é recomendado)
19 Listas de exercícios Muitas listas (talvez 8 ou 9) Entrega SOMENTE pelo Tidia Listas de exercícios: 25% da nota Entregar em pdf (Fazer as listas em LaTeX é recomendado) Listas entregues fora do prazo (no máximo 24 horas após o prazo dado) valerão somente 60% dos pontos
20 Provas substitutivas e recuperação Substitutiva: somente com um motivo razoável
21 Provas substitutivas e recuperação Substitutiva: somente com um motivo razoável Recuperação: somente quem ficou com D ou F
22 Provas substitutivas e recuperação Substitutiva: somente com um motivo razoável Recuperação: somente quem ficou com D ou F Recuperação: Seja CR = Conceito rec, e CP = conceito antes da rec. O conceito final será Conceito recuperação - CR: C: Nota rec 6 D: 5 Nota rec < 6 F: Nota rec < 5 max{cp, CR}
23 Ementa e cronograma
24 Bibliografia Cormen, T.H., Leiserson, C.E., Rivest, R.L. e Stein, C. Introduction to Algorithms, Third Edition, MIT Press, 2009.
25 Bibliografia Cormen, T.H., Leiserson, C.E., Rivest, R.L. e Stein, C. Introduction to Algorithms, Third Edition, MIT Press, Bollobás, B. Modern Graph Theory, Springer, Corrected Edition, 1998.
26 Bibliografia Cormen, T.H., Leiserson, C.E., Rivest, R.L. e Stein, C. Introduction to Algorithms, Third Edition, MIT Press, Bollobás, B. Modern Graph Theory, Springer, Corrected Edition, Diestel, R., Graph Theory, 5th edition, Springer-Verlag, Heidelberg Graduate Texts in Mathematics, Volume
27 Bibliografia Cormen, T.H., Leiserson, C.E., Rivest, R.L. e Stein, C. Introduction to Algorithms, Third Edition, MIT Press, Bollobás, B. Modern Graph Theory, Springer, Corrected Edition, Diestel, R., Graph Theory, 5th edition, Springer-Verlag, Heidelberg Graduate Texts in Mathematics, Volume Bondy, J. A.; Murty, U. S. R. Graph theory. Graduate Texts in Mathematics, 244. Springer, New York, 2008
28 Bibliografia Cormen, T.H., Leiserson, C.E., Rivest, R.L. e Stein, C. Introduction to Algorithms, Third Edition, MIT Press, Bollobás, B. Modern Graph Theory, Springer, Corrected Edition, Diestel, R., Graph Theory, 5th edition, Springer-Verlag, Heidelberg Graduate Texts in Mathematics, Volume Bondy, J. A.; Murty, U. S. R. Graph theory. Graduate Texts in Mathematics, 244. Springer, New York, 2008 Notas de aulas de grafos - Professora Yoshiko Wakabayashi - IME/USP
29 Bibliografia Cormen, T.H., Leiserson, C.E., Rivest, R.L. e Stein, C. Introduction to Algorithms, Third Edition, MIT Press, Bollobás, B. Modern Graph Theory, Springer, Corrected Edition, Diestel, R., Graph Theory, 5th edition, Springer-Verlag, Heidelberg Graduate Texts in Mathematics, Volume Bondy, J. A.; Murty, U. S. R. Graph theory. Graduate Texts in Mathematics, 244. Springer, New York, 2008 Notas de aulas de grafos - Professora Yoshiko Wakabayashi - IME/USP Notas de aulas de grafos - Professores Feofiloff, Kohayakawa e Wakabayashi - IME/USP
30 Informações grafos-2017-q3/ Verificar o site com frequência! Listas ficarão disponíveis no site TPI (3-1-4) Dúvidas: g.mota@ufabc.edu.br
31 Informações grafos-2017-q3/ Verificar o site com frequência! Listas ficarão disponíveis no site TPI (4-0-4) Dúvidas: g.mota@ufabc.edu.br
32 Informações grafos-2017-q3/ Verificar o site com frequência! Listas ficarão disponíveis no site TPI (4-0-4) Dúvidas: g.mota@ufabc.edu.br
33 Sobre as aulas Aulas serão dadas no quadro Lembrarei alguns conceitos vistos em aulas passadas no início de cada aula Perguntas são sempre bem-vindas! Não fique sem entender algo por ter deixado de fazer uma pergunta
34 Pré-requisitos O que é necessário saber para ir bem no curso? Matemática Discreta Processamento da Informação Algoritmos e Estruturas de Dados
35 Pré-requisitos O que é necessário saber para ir bem no curso? Matemática Discreta Processamento da Informação Algoritmos e Estruturas de Dados
36 Pré-requisitos O que é necessário saber para ir bem no curso? Implicações lógicas Técnicas de prova (direta, indução, contraexemplo minimal, contradição,...) Operações e conceitos sobre conjuntos Combinatória básica
37 Roteiro da aula de hoje Introdução ao curso O que são grafos? Ideias de provas simples
38 Grafos Grafo G: Conjunto de pontos e linhas ligando esses pontos y 1 y 2 x 1 x 8 y 8 x 2 x 7 y 3 y 7 x 3 x 6 y 4 x 4 x 5 y 5 y 6
39 Grafos Grafo G: Conjunto de pontos e linhas ligando esses pontos Grafo G = (V, E): estrutura matemática onde V é o conjunto de vértices e E ( V 2) é o conjunto de arestas y 1 y 2 x 1 x 8 y 8 x 2 x 7 y 3 y 7 x 3 x 6 y 4 x 4 x 5 y 5 y 6
40 Grafos Grafo G: Conjunto de pontos e linhas ligando esses pontos Grafo G = (V, E): estrutura matemática onde V é o conjunto de vértices e E ( V 2) é o conjunto de arestas Problemas de diversas áreas são modelados com grafos! y 1 y 2 x 1 x 8 y 8 x 2 x 7 y 3 y 7 x 3 x 6 y 4 x 4 x 5 y 5 y 6
41 Grafos Grafo G: Conjunto de pontos e linhas ligando esses pontos Grafo G = (V, E): estrutura matemática onde V é o conjunto de vértices e E ( V 2) é o conjunto de arestas Problemas de diversas áreas são modelados com grafos! Representando um grafo y 1 y 2 x 1 x 8 y 8 x 2 x 7 y 3 y 7 x 3 x 6 y 4 x 4 x 5 y 5 y 6
42 Grafos Grafo G: Conjunto de pontos e linhas ligando esses pontos Grafo G = (V, E): estrutura matemática onde V é o conjunto de vértices e E ( V 2) é o conjunto de arestas Problemas de diversas áreas são modelados com grafos! Representando um grafo: cores nas arestas y 1 y 2 x 1 x 8 y 8 x x22 x 7 y 3 y 7 x 3 x 6 y 4 x 4 x 5 y 5 y 6
43 Grafos Grafo G: Conjunto de pontos e linhas ligando esses pontos Grafo G = (V, E): estrutura matemática onde V é o conjunto de vértices e E ( V 2) é o conjunto de arestas Problemas de diversas áreas são modelados com grafos! Representando um grafo: cores nas arestas, cores nos vértices y 1 y 2 x 1 x 8 y 8 x 2 x 7 y 3 y 7 x 3 x 6 y 4 x 4 x 5 y 5 y 6
44 Grafos Grafo G: Conjunto de pontos e linhas ligando esses pontos Grafo G = (V, E): estrutura matemática onde V é o conjunto de vértices e E ( V 2) é o conjunto de arestas Problemas de diversas áreas são modelados com grafos! Representando um grafo: cores nas arestas, cores nos vértices, pesos nas arestas y 1 y 2 x 1 x 8 y 8 x 2 x 7 y 3 y 7 x 3 x 6 y 4 x 4 x 5 y 5 y 6
45 Grafos Grafo G: Conjunto de pontos e linhas ligando esses pontos Grafo G = (V, E): estrutura matemática onde V é o conjunto de vértices e E ( V 2) é o conjunto de arestas Problemas de diversas áreas são modelados com grafos! Representando um grafo: cores nas arestas, cores nos vértices, pesos nas arestas, pesos nos vértices y 1 y 2 x 1 x 8 y 8 x 2 x 7 y 3 y 7 x 3 x 6 y 4 x 4 x 5 y 5 y 6
46 Grafos Grafo G: Conjunto de pontos e linhas ligando esses pontos Grafo G = (V, E): estrutura matemática onde V é o conjunto de vértices e E ( V 2) é o conjunto de arestas Problemas de diversas áreas são modelados com grafos! Representando um grafo: cores nas arestas, cores nos vértices, pesos nas arestas, pesos nos vértices, orientação nas arestas y 1 y 2 x 1 x 8 y 8 x 2 x 7 y 3 y 7 x 3 x 6 y 4 x 4 x 5 y 5 y 6
47 Grafos Vértices podem representar pessoas, animais, computadores, fábricas, antenas...
48 Grafos Vértices podem representar pessoas, animais, computadores, fábricas, antenas... Arestas podem representar interferências, relações sociais, estradas, conexões...
49 Grafos Vértices podem representar pessoas, animais, computadores, fábricas, antenas... Arestas podem representar interferências, relações sociais, estradas, conexões... Grafos são utilizados em áreas como Computação, Ciências Sociais, Bioinformática, Linguística...
50 Grafos Internet e World Wide Web (WWW) Redes sociais de amizade Redes sociais profissionais Redes de relacionamentos entre empresas Redes neurais Redes celulares e metabólicas Redes de interação entre genes Cadeias alimentares Redes de distribuição (logística, vasos sanguíneos...) Redes de colaboração entre pesquisadores Número de Erdős
51 Grafos Internet e World Wide Web (WWW) Redes sociais de amizade Redes sociais profissionais Redes de relacionamentos entre empresas Redes neurais Redes celulares e metabólicas Redes de interação entre genes Cadeias alimentares Redes de distribuição (logística, vasos sanguíneos...) Redes de colaboração entre pesquisadores Número de Erdős...
52 Grafos Grafos pequenos podem ser facilmente visualizados
53 Grafos Em grafos grandes a situação pode ser bem diferente
54 Grafos Em grafos grandes a situação pode ser bem diferente
55 Grafos Impossível analisar visualmente a estrutura do grafo. O que fazer?
56 Grafos Impossível analisar visualmente a estrutura do grafo. O que fazer? Uso de recursos computacionais Uso de técnicas sofisticadas envolvendo: combinatória, probabilidade, álgebra... Figura: Pesquisadores de Ciências exatas
57 Grafos Impossível analisar visualmente a estrutura do grafo. O que fazer? Uso de recursos computacionais Uso de técnicas sofisticadas envolvendo: combinatória, probabilidade, álgebra... Figura: Pesquisadores de Ciências exatas
58 Grafos Estrutura dos grafos Conceitos e noções básicas sobre grafos Estudaremos diversos tipos de grafos de acordo com suas estruturas Entenderemos que propriedades diferentes tipos de grafos possuem
59 Ferramentas interessantes Desenho de grafos: TikZ LaTeX Exemplos: R-project: Linguagem e ambiente para computação estatística Gephi: Photoshop para grafos Sagemath WolframAlpha
60 Exemplos de teoremas em grafos: Ramsey Vértices: representam pessoas Arestas: representam relação de amizade
61 Exemplos de teoremas em grafos: Ramsey Vértices: representam pessoas Arestas: representam relação de amizade Problema: Qual a menor quantidade n tal que em qualquer grupo de n pessoas, 3 delas se conhecem mutuamente ou 3 delas não se conhecem mutuamente?
62 Exemplos de teoremas em grafos: Ramsey Vértices: representam pessoas Arestas: representam relação de amizade Problema: Qual a menor quantidade n tal que em qualquer grupo de n pessoas, 3 delas se conhecem mutuamente ou 3 delas não se conhecem mutuamente? Resposta: R(3, 3) = 6
63 Exemplos de teoremas em grafos: Ramsey Vértices: representam pessoas Arestas: representam relação de amizade Problema: Qual a menor quantidade n tal que em qualquer grupo de n pessoas, 3 delas se conhecem mutuamente ou 3 delas não se conhecem mutuamente? Resposta: R(3, 3) = 6 Esse tipo de problema é estudado na clássica Teoria de Ramsey
64 Exemplos de teoremas em grafos: Ramsey Vértices: representam pessoas Arestas: representam relação de amizade Problema: Qual a menor quantidade n tal que em qualquer grupo de n pessoas, 3 delas se conhecem mutuamente ou 3 delas não se conhecem mutuamente? Resposta: R(3, 3) = 6 Esse tipo de problema é estudado na clássica Teoria de Ramsey Curiosidade: R(4, 4) = 18
65 Exemplos de teoremas em grafos: Ramsey Vértices: representam pessoas Arestas: representam relação de amizade Problema: Qual a menor quantidade n tal que em qualquer grupo de n pessoas, 3 delas se conhecem mutuamente ou 3 delas não se conhecem mutuamente? Resposta: R(3, 3) = 6 Esse tipo de problema é estudado na clássica Teoria de Ramsey Curiosidade: R(4, 4) = 18, 43 R(5, 5) 49
66 Exemplos de teoremas em grafos: Ramsey Vértices: representam pessoas Arestas: representam relação de amizade Problema: Qual a menor quantidade n tal que em qualquer grupo de n pessoas, 3 delas se conhecem mutuamente ou 3 delas não se conhecem mutuamente? Resposta: R(3, 3) = 6 Esse tipo de problema é estudado na clássica Teoria de Ramsey Curiosidade: R(4, 4) = 18, 43 R(5, 5) 49 Recentemente melhorado para 43 R(5, 5) 48 (Testaram de casos)
67 Exemplos de teoremas em grafos: Hall Teorema do casamento de Hall Teorema: Um grafo bipartido G = (A, B; E) contém um emparelhamento de tamanho A se e somente se para todo A A temos N(A ) A.
68 Exemplos de teoremas em grafos: Hall Teorema do casamento de Hall Teorema: Um grafo bipartido G = (A, B; E) contém um emparelhamento de tamanho A se e somente se para todo A A temos N(A ) A.
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