المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر

الدفاع
18-9-2016
انشاء مزرعة المسطحات الخضراء (الثيل)
15-2-2016
القواعد الأساسية لكتابة النص الإعلاني الفعال- اعقد المقارنات
11-10-2021
أعراض مرض الفصام
2023-03-23
Endoplasmic Reticulum
23-10-2016
الحاجة إلى علم الرجال‌.
21-4-2016

Graph Automorphism  
  
2325   02:39 صباحاً   date: 10-4-2022
Author : Darga, P. T.; Sakallah, K. A.; and Markov, I. L.
Book or Source : "Faster Symmetry Discovery using Sparsity of Symmetries." Proceedings of the 45th Design Automation Conference, Anaheim, California, June 2008
Page and Part : ...


Read More
Date: 18-3-2022 1362
Date: 14-4-2022 1441
Date: 19-5-2022 1277

Graph Automorphism

An automorphism of a graph is a graph isomorphism with itself, i.e., a mapping from the vertices of the given graph G back to vertices of G such that the resulting graph is isomorphic with G. The set of automorphisms defines a permutation group known as the graph's automorphism group. For every group Gamma, there exists a graph whose automorphism group is isomorphic to Gamma (Frucht 1939; Skiena 1990, p. 185). The automorphism groups of a graph characterize its symmetries, and are therefore very useful in determining certain of its properties.

The group of graph automorphisms of a graph G may be computed in the Wolfram Language using GraphAutomorphismGroup[g], the elements of which may then be extracted using GroupElements. A number of software implementations exist for computing graph automorphisms, including nauty by Brendan McKay and SAUCY2, the latter of which performs several orders of magnitude faster than other implementations based on empirical tests (Darga et al. 2008).

Precomputed automorphisms for many named graphs can be obtained using GraphData[graph"Automorphisms"], and the number of automorphisms using GraphData[graph"AutomorphismCount"].

GraphAutomorphismGridGraph

For example, the grid graph G_(2,3) has four automorphisms: (1, 2, 3, 4, 5, 6), (2, 1, 4, 3, 6, 5), (5, 6, 3, 4, 1, 2), and (6, 5, 4, 3, 2, 1). These correspond to the graph itself, the graph flipped left-to-right, the graph flipped up-down, and the graph flipped left-to-right and up-down, respectively, illustrated above. More generally, as is clear from its symmetry,

 |Aut(G_(m,n))|={1   for m=n=1; 2   for m=1 or n=1; 4   for m!=n and m,n>1; 8   for m=n>1.

(1)

GraphAutomorphismStar

Similarly, the star graph S_4 has six automorphisms: (1, 2, 3, 4), (1, 3, 2, 4), (2, 1, 3, 4), (2, 3, 1, 4), (3, 1, 2, 4), (3, 2, 1, 4), illustrated above. More generally, as is clear from its symmetry, |Aut(S_n)|=(n-1)! for n>=3.

The following table summarizes |Aut(G_n)| for various classes of graphs.

graph OEIS sequence
antiprism graph, n>=3 A124354 48, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56, ...
complete graph K_n A000000 1, 2, 6, 24, 120, 720, ...
cycle graph C_nn>=3 A000000 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, ...
hypercube graph Q_n A000165 2, 8, 48, 384, 3840, 46080, 645120, 10321920, ...
Möbius ladder, n>=3 A000000 72, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56, ...
prism graph, n>=3 A124351 12, 48, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56, ...
wheel graph W_nn>=4 A000000 24, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, ...

The automorphism group of a graph complement is the same as that for the original graph. A graph possessing only a single automorphism is called an identity graph (Holton and Sheehan 1993, p. 24), or sometimes an asymmetric graph. The triangle of sorted lengths of the automorphism graphs on n=1, 2, ... nodes is given by

 12 22 2 6 62 2 2 4 4 6 6 8 8 24 242 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 4 6 6 8 8 8 8 10......12 12 12 12 12 12 24 24 120 120

(2)

(OEIS A075094).

The number of distinct orders for the automorphisms groups of simple graphs on n=1, 2, ... are 1, 1, 2, 5, 8, 14, 19, 30, 45, ... (OEIS A095348).

The following table gives counts of the numbers of n-node simple graphs having given automorphism group orders.

|Aut(G)| OEIS counts of graphs with 1, 2, ... nodes
1 A003400 0, 0, 0, 0, 0, 8, 152, 3696, 135004, ...
2 A075095 0, 2, 2, 3, 11, 46, 354, 4431, 89004, ...
3   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 4, ...
4 A075096 0, 0, 0, 2, 6, 36, 248, 2264, 31754, ...
6 A075097 0, 0, 2, 2, 2, 8, 38, 252, 3262, ...
8 A075098 0, 0, 0, 2, 4, 14, 74, 623, 7003, ...
10   0, 0, 0, 0, 1, 2, 2, 4, 16, ...
12 A095853 0, 0, 0, 0, 6, 18, 70, 446, 3924, ...
14   0, 0, 0, 0, 0, 0, 2, 4, 4, ...
16 A095854 0, 0, 0, 0, 0, 6, 20, 164, 1280, ...
18   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 4, ...
20   0, 0, 0, 0, 0, 0, 4, 12, 42, ...
24 A095855 0, 0, 0, 2, 2, 2, 24, 170, 1570, ...
32   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 24, 176, ...
36 A095856 0, 0, 0, 0, 0, 2, 6, 22, 164, ...
48 A095857 0, 0, 0, 0, 0, 8, 28, 96, 660, ...
72 A095858 0, 0, 0, 0, 0, 2, 4, 28, 179, ...
120   0, 0, 0, 0, 2, 2, 2, 6, 26, ...
144   0, 0, 0, 0, 0, 0, 6, 24, 78, ...
240   0, 0, 0, 0, 0, 0, 6, 16, 70, ...
720   0, 0, 0, 0, 0, 2, 2, 8, 22, ...

GraphAutomorphismCyclicGroups

The smallest nontrivial graph whose automorphism group is cyclic has nine nodes. The one illustrated by Harary (1994, p. 170; left top figure above) is implemented as GraphData["SmallestCyclicGroupGraph"]. However, there is at least one other graph on nine nodes whose automorphism group is isomorphic to the cyclic group C_3, namely the graph obtained from the (9, 3)-configuration (second top figure). Other graphs whose automorphism groups are isomorphic to the cyclic group C_3 include three of the Paulus graphs (each on 26 vertices), the 12th fullerene graph on 40 vertices, and Tutte's graph (on 46 vertices). These and other graphs whose automorphism groups are isomorphic to cyclic groups are illustrated in the remaining figures above.

The numbers of vertices of the minimal graph having an automorphism group of order n are 0, 2, 9, 4, 15, 3, 14, 4, 15, 5, ... (OEIS A080803). The graphs achieving these bounds are summarized in the following table, where E_n and C_n denote the empty graph and cyclic graph on n nodes, respectively. Let G_1 union G_2 denote graph union, and  denote the graph complement of G. In addition, let A_n be the graph with vertices {a_i,b_i,c_i:0<=i<n} and edges {(a_i,a_(i+1)),(a_i,b_i),(a_i,c_i),(b_i,c_i),(c_i,a_(i+1)):0<=i<n}, where all indices are to be read modulo n (i.e., A_n is made up of an n-gon (a_0,...,a_(n-1)) with a rectangle drawn over each side plus one diagonal in each rectangle). Let (A_n)/m be the graph obtained from A_n by identifying b_i with every b_j where i is congruent j modulo (n/m), and likewise for the c_i. Also let B_n be the graph with vertices {a_i,b_i:0<=i<n} and edges {(a_i,a_(i+1)),(a_i,b_(i-1)),(a_i,b_i),(a_i,b_(i+1)),(a_i,b_(i+3)):0<=i<n}, where all indices are taken modulo n (Voss 2003).

|Aut(G)| graph G |G|
1 E_0 0
2 E_2 2
3 A_3 9
4 K_2 union E_2 4
5 A_5 15
6 C_3 3
7 B_7 14
8 C_4 4
9 (A_9)/3 15
10 C_5 5
11 B_(11) 22
12 C_3 union E_2 5
13 B_(13) 26
14 C_7 7
15 (A_(15))/5 21
16 C_4 union E_2 6
17 B_(17) 34
18 C_9 9
19 B_(19) 38
20 C_5 union E_2 7
21 B_7 union A_3 23
22 C_(11) 11
23 B_(23) 46
24 E_4 4
25 30
26 C_(13) 13
27 (A_9)/3 union A_3 24
28 C_7 union E_2 9
29 B_(29) 58
30 A_3 union C_5 14
31 B_(31) 62

The following table gives the graph automorphisms groups for a number of common graphs.

G Aut(G)
complete graph K_n symmetric group S_n
empty graph E_n symmetric group S_n
cycle graph C_nn>=3 dihedral group D_n
K_2 union E_2 finite group C2×C2
C_n union E_2n>=3 finite group D_(2n)×C_2
A_n as defined above cyclic group C_n
B_n as defined above cyclic group C_(2n)

REFERENCES

Darga, P. T.; Sakallah, K. A.; and Markov, I. L. "Faster Symmetry Discovery using Sparsity of Symmetries." Proceedings of the 45th Design Automation Conference, Anaheim, California, June 2008

 http://vlsicad.eecs.umich.edu/BK/SAUCY/saucy-dac08.pdf.Douglas, B. L. and Wang, J. B. "A Classical Approach to the Graph Isomorphism Problem Using Quantum Walks." J. Phys. A: Math. Theor. 41, 075303-1-15, 2008.

Duijvestijn, A. J. W. "Algorithmic Calculation of the Order of the Automorphism Group of a Graph." Memorandum No. 221. Enschede, Netherlands: Twente Univ. Technology, 1978.

Frucht, R. "Herstellung von Graphen mit vorgegebener abstrakter Gruppe." Compos. Math. 6, 239-250, 1939.

Harary, F. Graph Theory. Reading, MA: Addison-Wesley, 1994.

Holton, D. A. and Sheehan, J. The Petersen Graph. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1993.

Lauri, J. and Scapellato, R. Topics in Graph Automorphisms and Reconstruction. Cambridge, England: Cambridge University Press, 2003.

Lipton, R. J.; North, S. C.; and Sandberg, J. S. "A Method for Drawing Graphs." In Proc. First Annual Symposium on Computation Geometry (Ed. J. O'Rourke). New York: ACM Press, pp. 153-160, 1985.

McKay, B. "The Nauty Page." http://cs.anu.edu.au/~bdm/nauty/.Skiena, S. "Automorphism Groups." §5.2.2 in Implementing Discrete Mathematics: Combinatorics and Graph Theory with Mathematica. Reading, MA: Addison-Wesley, pp. 184-187, 1990.

Sloane,N. J. A Sequences A000165/M1878, A003400/M4575, A075095, A075096, A075097, A075098, A080803, A095348, A124351, and A124354 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."University of Michigan Electrical Engineering and Computer Science department. "Saucy: Fast Symmetry Discovery." http://vlsicad.eecs.umich.edu/BK/SAUCY/.Voss, J. "Re: RE: Graphs with automorphism groups of given order." seqfan@ext.jussieu.fr mailing list. March 27, 2003.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.