हैमिल्टनियन पथ

ग्राफ सिद्धांत के गणित क्षेत्र में, एक हैमिल्टनियन पथ (या पता लगाने योग्य पथ) एक अप्रत्यक्ष या निर्देशित ग्राफ में एक पथ (ग्राफ सिद्धांत) है जो प्रत्येक शीर्ष (ग्राफ सिद्धांत) पर ठीक एक बार जाता है। एक हैमिल्टनियन चक्र (या हैमिल्टनियन सर्किट) एक चक्र (ग्राफ सिद्धांत) है जो प्रत्येक शीर्ष पर ठीक एक बार जाता है। एक हैमिल्टनियन पथ जो निकटवर्ती शीर्षों पर शुरू और समाप्त होता है, एक हैमिल्टनियन चक्र बनाने के लिए एक और किनारा जोड़कर पूरा किया जा सकता है, और हैमिल्टनियन चक्र से किसी भी किनारे को हटाने से हैमिल्टनियन पथ उत्पन्न होता है। यह निर्धारित करना कि ऐसे पथ और चक्र ग्राफ़ में मौजूद हैं (हैमिल्टनियन पथ समस्या और हैमिल्टनियन चक्र समस्या) एनपी-पूर्ण हैं।

हैमिल्टन के रास्तों और चक्रों का नाम विलियम रोवन हैमिल्टन के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने Icosian खेल  का आविष्कार किया था, जिसे अब 'हैमिल्टन की पहेली' के रूप में भी जाना जाता है, जिसमें द्वादशफ़लक के किनारे के ग्राफ में हैमिल्टनियन चक्र को खोजना शामिल है। हैमिल्टन ने आइकोसियन कैलकुलस का उपयोग करके इस समस्या को हल किया, एक बीजगणितीय संरचना जो एकता की जड़ पर आधारित है जिसमें चतुष्कोणों (हैमिल्टन द्वारा आविष्कृत) की कई समानताएँ हैं। यह समाधान मनमाने रेखांकन का सामान्यीकरण नहीं करता है।

हैमिल्टन के नाम पर होने के बावजूद, पॉलीहेड्रा में हैमिल्टनियन चक्रों का एक साल पहले थॉमस किर्कमैन ने भी अध्ययन किया था, जिन्होंने विशेष रूप से, हैमिल्टनियन चक्रों के बिना पॉलीहेड्रॉन का उदाहरण दिया था। इससे पहले भी, शतरंज की बिसात के नाइट के ग्राफ में हैमिल्टनियन चक्र और पथ, नाइट के दौरे का अध्ययन 9वीं शताब्दी में रुद्रता द्वारा भारतीय गणित में किया गया था, और लगभग उसी समय मध्यकालीन इस्लाम में गणित में मांसल भुजा द्वारा किया गया था। 18वीं सदी के यूरोप में नाइट के दौरों को अब्राहम डी मोइवरे और लियोनहार्ड यूलर द्वारा प्रकाशित किया गया था।

परिभाषाएँ
एक हैमिल्टनियन पथ या पता लगाने योग्य पथ एक पथ (ग्राफ सिद्धांत) है जो ग्राफ के प्रत्येक शीर्ष पर ठीक एक बार जाता है। एक ग्राफ जिसमें एक हैमिल्टनियन पथ होता है, उसे 'ट्रेसेबल ग्राफ' कहा जाता है। एक ग्राफ 'हैमिल्टनियन-कनेक्टेड' है यदि प्रत्येक जोड़ी के लिए दो शीर्षों के बीच एक हैमिल्टनियन पथ है।

एक हैमिल्टनियन चक्र, हैमिल्टनियन सर्किट, वर्टेक्स टूर या ग्राफ़ चक्र एक चक्र (ग्राफ़ सिद्धांत) है जो प्रत्येक शीर्ष पर एक बार जाता है। एक ग्राफ जिसमें हैमिल्टनियन चक्र होता है, उसे 'हैमिल्टनियन ग्राफ' कहा जाता है।

इसी तरह की धारणाओं को निर्देशित ग्राफ के लिए परिभाषित किया जा सकता है, जहां पथ या चक्र के प्रत्येक किनारे (चाप) को केवल एक ही दिशा में खोजा जा सकता है (यानी, कोने तीरों से जुड़े हुए हैं और किनारों को पूंछ से सिर का पता लगाया जाता है)।

एक हैमिल्टनियन अपघटन एक ग्राफ का हैमिल्टनियन सर्किट में किनारे का अपघटन है।

एक हैमिल्टन भूलभुलैया एक प्रकार की तर्क पहेली है जिसमें लक्ष्य किसी दिए गए ग्राफ में अद्वितीय हैमिल्टनियन चक्र को खोजना है।

उदाहरण

 * दो से अधिक शीर्षों वाला एक पूर्ण ग्राफ़ हैमिल्टनियन होता है
 * हर चक्र का ग्राफ हैमिल्टनियन है
 * हर टूर्नामेंट (ग्राफ सिद्धांत)  में हेमिल्टनियन रास्तों की एक विषम संख्या होती है (लेस्ज़्लो रेडी|रेदेई 1934)
 * प्रत्येक प्लेटोनिक ठोस, जिसे ग्राफ माना जाता है, हैमिल्टनियन है
 * एक परिमित कॉक्सेटर समूह का केली ग्राफ हैमिल्टनियन है (केली ग्राफ में हैमिल्टनियन पथों के बारे में अधिक जानकारी के लिए, लोवाज़ अनुमान देखें।)
 * चक्रीय कम्यूटेटर उपसमूह के साथ निलपोटेंट समूहों पर केली ग्राफ हैमिल्टनियन हैं।
 * एक उत्तल बहुभुज का फ्लिप ग्राफ या समकक्ष, बाइनरी ट्री का पेड़ का घूमना, हैमिल्टनियन है।

गुण
किसी भी हैमिल्टनियन चक्र को उसके किनारों में से एक को हटाकर हैमिल्टनियन पथ में परिवर्तित किया जा सकता है, लेकिन हैमिल्टनियन पथ को हैमिल्टनियन चक्र तक तभी बढ़ाया जा सकता है जब उसके अंत बिंदु आसन्न हों।

सभी हैमिल्टनियन ग्राफ़ द्विसंबद्ध ग्राफ़ हैं, लेकिन एक द्विसंबद्ध ग्राफ़ हैमिल्टनियन नहीं होना चाहिए (उदाहरण के लिए, पीटरसन ग्राफ़ देखें)। एक यूलेरियन ग्राफ $G$ (एक जुड़ा हुआ ग्राफ जिसमें हर शीर्ष की डिग्री समान है) में आवश्यक रूप से एक यूलर दौरा होता है, जिसके प्रत्येक किनारे से गुजरने वाला एक बंद मार्ग होता है $G$ ठीक एक बार। यह दौरा लाइन ग्राफ़ में हैमिल्टनियन चक्र से मेल खाता है $L(G)$, इसलिए प्रत्येक ऑयलरीय ग्राफ का रेखा आलेख हैमिल्टोनीय है। लाइन ग्राफ़ में अन्य हैमिल्टनियन चक्र हो सकते हैं जो यूलर टूर और विशेष रूप से लाइन ग्राफ़ के अनुरूप नहीं हैं $L(G)$ हर हैमिल्टनियन ग्राफ का $G$ खुद हैमिल्टनियन है, चाहे ग्राफ कुछ भी हो $G$ ऑयलरीय है। एक टूर्नामेंट (ग्राफ थ्योरी) (दो से अधिक सिरों के साथ) हैमिल्टनियन है अगर और केवल अगर यह मजबूत रूप से जुड़ा हुआ घटक है।

पर एक पूर्ण अप्रत्यक्ष ग्राफ में विभिन्न हैमिल्टनियन चक्रों की संख्या $n$ शिखर है $(n – 1)!⁄2$ और एक पूर्ण निर्देशित ग्राफ में $n$ शिखर है $(n – 1)!$. ये गणनाएं मानती हैं कि चक्र जो अपने शुरुआती बिंदु के अलावा समान हैं, उन्हें अलग से नहीं गिना जाता है।

बॉन्डी-च्वाटल प्रमेय
हेमिल्टनियन रेखांकन का सर्वश्रेष्ठ वर्टेक्स डिग्री (ग्राफ़ सिद्धांत) लक्षण वर्णन 1972 में जे.ए. बॉन्डी-वैक्लेव च्वाटल|च्वाटल प्रमेय द्वारा प्रदान किया गया था, जो गेब्रियल एंड्रयू डिराक|जी द्वारा पहले के परिणामों का सामान्यीकरण करता है। ए. डिराक (1952) और आइस्टीन ओर। डायराक और ओरे के दोनों प्रमेय भी पोसा प्रमेय|पोसा प्रमेय (1962) से प्राप्त किए जा सकते हैं। हेमिल्टनिसिटी का व्यापक रूप से विभिन्न मापदंडों जैसे ग्राफ घना ग्राफ, ग्राफ क्रूरता, निषिद्ध सबग्राफ समस्या और  दूरी (ग्राफ सिद्धांत)  जैसे अन्य मापदंडों के संबंध में अध्ययन किया गया है। डिराक और अयस्क के प्रमेय मूल रूप से कहते हैं कि एक ग्राफ हैमिल्टनियन है यदि इसमें पर्याप्त किनार हैं।

बॉन्डी-च्वाटल प्रमेय 'क्लोजर' पर काम करता है $cl(G)$ ग्राफ का $G$ साथ $n$ वर्टिकल, जो बार-बार एक नया किनारा जोड़कर प्राप्त किया जाता है $uv$ किसी असन्निकट युग्म को जोड़ना $u$ और $v$ साथ $deg(v) + deg(u) ≥ n$ जब तक कि इस संपत्ति के साथ और जोड़े नहीं मिल सकते।

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जैसा कि पूर्ण ग्राफ़ हैमिल्टनियन हैं, सभी ग्राफ़ जिनका समापन पूर्ण है, हैमिल्टनियन हैं, जो कि डायराक और अयस्क द्वारा निम्नलिखित पिछले प्रमेयों की सामग्री है।

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निम्नलिखित प्रमेयों को निर्देशित संस्करणों के रूप में माना जा सकता है:

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शीर्षों की संख्या दोगुनी होनी चाहिए क्योंकि प्रत्येक अप्रत्यक्ष किनारा दो निर्देशित चापों से मेल खाता है और इस प्रकार निर्देशित ग्राफ़ में शीर्ष की डिग्री अप्रत्यक्ष ग्राफ़ में डिग्री की दोगुनी होती है।

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उपरोक्त प्रमेय केवल हैमिल्टनियन पथ के एक ग्राफ में अस्तित्व को पहचान सकता है और हैमिल्टनियन चक्र को नहीं।

इनमें से कई परिणामों में संतुलित द्विदलीय रेखांकन के अनुरूप हैं, जिसमें शीर्ष डिग्री की तुलना पूरे ग्राफ में शीर्षों की संख्या के बजाय द्विदलीय के एक तरफ के शीर्षों की संख्या से की जाती है।

प्लेनर ग्राफ में हैमिल्टनियन चक्रों का अस्तित्व
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हैमिल्टनियन चक्र बहुपद
दिए गए भारित डिग्राफ के हैमिल्टनियन चक्रों का एक बीजगणितीय प्रतिनिधित्व (जिनके चापों को एक निश्चित जमीनी क्षेत्र से वजन सौंपा गया है) हैमिल्टनियन चक्र बहुपद है, इसके भारित आसन्न मैट्रिक्स को डिग्राफ के हैमिल्टनियन चक्रों के चाप भार के उत्पादों के योग के रूप में परिभाषित किया गया है।. चाप भार में एक फ़ंक्शन के रूप में यह बहुपद समान रूप से शून्य नहीं है यदि और केवल यदि डिग्राफ हैमिल्टनियन है। इसकी गणना करने की कम्प्यूटेशनल जटिलताओं और स्थायी कंप्यूटिंग के बीच संबंध ग्रिगोरी कोगन द्वारा दिखाया गया था।

यह भी देखें

 * बार्नेट का अनुमान, घन द्विदलीय ग्राफ पॉलीहेड्रल ग्राफ की हैमिल्टनसिटी पर एक खुली समस्या
 * यूलेरियन पथ, एक ग्राफ में सभी किनारों के माध्यम से पथ
 * फ़्लिशनर की प्रमेय, ग्राफ की हैमिल्टनियन शक्ति पर
 * ग्रे कोड
 * ग्रिनबर्ग का प्रमेय एक हैमिल्टनियन चक्र होने के लिए प्लेनर ग्राफ ़ के लिए एक आवश्यक शर्त देता है
 * हैमिल्टनियन पथ समस्या, हैमिल्टनियन पथ खोजने की कम्प्यूटेशनल समस्या
 * हाइपोसुभामिल्टोनियन ग्राफ, एक गैर-हैमिल्टनियन ग्राफ जिसमें प्रत्येक शीर्ष-हटाए गए सबग्राफ हैमिल्टनियन हैं
 * नाइट का दौरा, नाइट के ग्राफ में हैमिल्टनियन चक्र
 * हैमिल्टनियन क्यूबिक ग्राफ के लिए एलसीएफ संकेतन ।
 * लोवाज़ का अनुमान है कि शीर्ष-सकर्मक ग्राफ हैमिल्टनियन हैं
 * पैनसाइक्लिक ग्राफ, हैमिल्टनियन चक्र सहित सभी लंबाई के चक्रों के साथ ग्राफ
 * कोनिग्सबर्ग के सात पुल
 * लघुता प्रतिपादक, एक परिवार में ग्राफ हैमिल्टनियन से कितनी दूर हो सकता है इसका एक संख्यात्मक माप
 * सांप-इन-द-बॉक्स, हाइपरक्यूब में सबसे लंबा प्रेरित पथ
 * स्टाइनहॉस-जॉनसन-ट्रॉटर एल्गोरिथम एक permutohedron में हैमिल्टनियन पथ खोजने के लिए
 * Subhamiltonian ग्राफ, एक प्लानर ग्राफ हैमिल्टनियन ग्राफ का एक सबग्राफ
 * टैट का अनुमान (अब झूठा है) कि 3-नियमित बहुफलकीय रेखांकन हैमिल्टनियन हैं
 * ट्रैवलिंग सेल्समैन की समस्या

बाहरी संबंध

 * Euler tour and Hamilton cycles
 * Euler tour and Hamilton cycles