Кіріспе

Графтар теориясында, математика мен компьютерлік ғылымның бір саласы, Гуанның маршрут мәселесі, қытай пошташысының мәселесі, пошташының айналымы немесе маршрутты тексеру мәселесі – бұл (байланысқан) бағытталмаған графтың барлық қабырғаларын кем дегенде бір рет аралап өтетін ең қысқа жабық жол немесе контурді табу есепті білдіреді. Егер графта Эйлер айналымы (әр қабырғаны бір рет басып өтетін жабық жол) болса, онда ол айналым – оңтайлы шешім болып табылады. Әйтпесе, оңтайландыру мәселесі – нәтижеде Эйлер айналымына ие болатын мультиграфты алу үшін граф қабырғаларын ең аз рет қайталауды (немесе ең аз мүмкін жалпы салмағы бар қабырғалардың ішкі жиынтығын) табу болып табылады. Ол полиномиалдық уақытта шешіледі. Бұл мәселе саяхатшы сатушы мәселесінен өзгеше, себебі саяхатшы сатушы басып өткен түйіндерді қайталай алмайды. Бұл мәселені алғаш 1960 жылы қытай математигі Кван Мей Ко зерттеді, оның қытай тіліндегі мақаласы 1962 жылы ағылшын тіліне аударылды. «Қытай пошташысының мәселесі» деген бастапқы атау оның құрметіне берілді; әртүрлі дереккөздер бұл атауды Алан Дж. Голдманға немесе Джек Эдмондсқа жатқызады, екеуі де сол кезде АҚШ Ұлттық стандарттар бюросында жұмыс істеген. Одан әрі жалпылау – графтың қабырғалар жиынтығы арқылы байланыстырылатын T жиынындағы кез келген санға тең түйіндерді таңдау. Мұндай жиын T-қосылысы деп аталады. Бұл мәселе, T-қосылысы мәселесі, пошташы мәселесін шешетін тәсілмен полиномиалдық уақытта да шешіледі.

Бағытталмаған ерітінді және T-қосылмалар

Бағытталмаған маршрутты тексеру мәселесі Т-қосылу тұжырымдамасына негізделген алгоритм арқылы полиномиалдық уақытта шешіледі. Т – графтың төбелерінің жиыны болсын. J жиегі Т-қосылу деп аталады, егер J-дегі инцидентті жиектердің тақ санына ие төбелер жиынтығы дәл Т жиынтығымен сәйкес келсе. Т-қосылу графтың әрбір байланысқан компоненті Т жиынтығындағы төбелердің жұп санын қамтығанда ғана болады. Т-қосылу мәселесі – мүмкіндігінше ең аз жиектер санына немесе ең аз жалпы салмаққа ие Т-қосылуды табу. Кез келген Т үшін ең кіші Т-қосылу (бар болған жағдайда) міндетті түрде Т төбелерін жұптармен қосатын жолдардан тұрады. Бұл жолдардың жалпы ұзындығы немесе жалпы салмағы ең аз болуы керек. Оптималды шешімде осы жолдардың ешқайсысы ортақ жиекті бөліспейді, бірақ олар ортақ төбелеріне ие болуы мүмкін. Ең төменгі Т-қосылу Т төбелерінде толық граф құру арқылы, оның жиектері берілген кіріс графтың ең қысқа жолдарынан көрсетілген, содан кейін осы толық графтың ең төменгі салмақты толық сәйкестігін табу арқылы алынуы мүмкін. Бұл сәйкестіктің жиектері бастапқы графтың жолдарынан көрсетілген, олардың бірігісі қажетті Т-қосылуды құрайды. Толық графты құру да, содан кейін оған сәйкестікті табу да O(n³) есептеу қадамдарында орындалуы мүмкін. Маршрутты тексеру мәселесі үшін Т барлық тақ дәрежелі төбелер жиыны ретінде таңдалуы керек. Мәселенің шарттары бойынша, графтың барлық бөлігі байланысқан (әйтпесе тур болмайды), ал қол алысу леммасы бойынша оның тақ төбелер саны жұп болады, сондықтан Т-қосылу әрқашан болады. Т-қосылудың жиектерін екі еселеу нәтижесінде берілген граф Эйлер мультиграфына (әр төбесінің дәрежесі жұп болатын байланысқан граф) айналады, одан оның Эйлер туры бар екендігі шығады, бұл тур мультиграфтың әрбір жиегін дәл бір рет аралап өтеді. Бұл тур маршрутты тексеру мәселесін шешудің оңтайлы жолы болады.

Бағытталған ерітінді

Бағытталған графтарда да осы жалпы идеялар қолданылады, бірақ басқа тәсілдерді пайдалану қажет. Егер бағытталған граф Эйлерлік болса, Эйлер циклын табу жеткілікті. Егер болмаса, T қосылыстарын табу керек, яғни кіретін дәрежесі шығу дәрежесінен жоғары болатын төбелерден шығу дәрежесі кіретін дәрежесінен жоғары болатын төбелерге дейінгі жолдарды табу қажет, бұл әр төбе үшін кіретін дәрежесін шығу дәрежесіне теңестіреді. Бұл ең төменгі құн ағыны мәселесінің бір мысалы ретінде шешіледі, онда әрбір артық кіретін дәреже бірлігі үшін бірлік ұсыныс, ал әрбір артық шығу дәреже бірлігі үшін бірлік сұраныс болады. Осылайша, ол O(|V|^2|E|) уақытта шешіледі. Шешімнің болуы берілген графтың күшті байланысқан болуымен ғана мүмкін.

Нұсқалар

Қытай почташысының бірнеше түрі зерттелді және NP-толық екені көрсетілді. Желді почташы мәселесі – кіріс деректері бағытталмаған граф болатын, бірақ әр қабырғасы бір бағытта жүргендегі бағасы, кері бағытта жүргендегіден өзгеше болатын маршрутты тексеру мәселесінің бір түрі. Бағытталған және бағытталмаған графтар үшін шешімдерден өзгеше, ол NP-толық. Аралас Қытай почташысы мәселесі: осы мәселеде кейбір қабырғалар бағытталған болуы мүмкін, сондықтан оларды тек бір бағытта ғана баруға болады. Егер мәселе диграфты (немесе көп қабырғалы графты) ең аз аралауды талап етсе, онда ол "Нью-Йорк көшелерін тазалау мәселесі" деп аталады. k Қытай почташысы мәселесі: әр қабырға кем дегенде бір циклмен жүріп өтілетіндей k цикл табу керек. Мақсаты – ең қымбат циклдің құнын азайту. "Ауылдық почташы мәселесі": қажетті емес қабырғалары бар мәселені шешу.