graf

GRAF 1

Definisi Jenis Terminologi

Representasi

Graf Isomorfik

Graf Planar dan Graf Bidang

Lintasan-Sirkuit Euler

Lintasan Hamilton

Implementasi Graf

2

Rinaldi M

/IF2091 S

trukdis

PENDAHULUAN

3

G r a f d i g u n a k a n u n t u k m e r e p r e s e n t a s i k a n o b j e k - o b j e k d i s k r i t d a n h u b u n g a n a n t a r a o b j e k - o b j e k t e r s e b u t .

G a m b a r d i b a w a h i n i s e b u a h g r a f y a n g m e n y a t a k a n p e t a

j a r i n g a n j a l a n r a y a y a n g m e n g h u b u n g k a n s e j u m l a h k o t a d i P r o v i n s i J a w a T e n g a h .

Brebes Tegal

Slawi

Pemalang

Purwokerto

Cilacap

Banjarnegara

Wonosobo

Kebumen

Purworejo

KendalSemarang

Pekalongan

Purbalingga

Magelang

Salatiga

Klaten

Solo

Purwodadi

DemakKudus

Rembang

Blora

Sukoharjo

Wonogiri

SragenBoyolali

Kroya

Temanggung

4

Sejarah Graf: masalah jembatan Königsberg (tahun 1736)

Gambar 1. Masalah Jembatan Königsberg

Graf yang merepresentasikan jembatan Königsberg:

Simpul (vertex) menyatakan daratan Sisi (edge) menyatakan jembatan

Bisakah melalui setiap jembatan tepat sekali dan kembali lagi ke tempat semula?

C

A

B

D

DEFINISI GRAF

5

Graf G = (V, E), yang dalam hal ini:

V = himpunan tidak-kosong dari simpul-simpul (vertices)

= { v1 , v2 , ... , vn } E = himpunan sisi (edges) yang menghubungkan sepasang

simpul = {e1 , e2 , ... , en }

6

G 1 G 2 G 3

G a m b a r 2 . ( a ) g r a f s e d e r h a n a , ( b ) g r a f g a n d a , d a n ( c ) g r a f s e m u

C o n t o h 1 . P a d a G a m b a r 2 , G 1 a d a l a h g r a f d e n g a n

V = { 1 , 2 , 3 , 4 } E = { ( 1 , 2 ) , ( 1 , 3 ) , ( 2 , 3 ) , ( 2 , 4 ) , ( 3 , 4 ) } G 2 a d a l a h g r a f d e n g a n

V = { 1 , 2 , 3 , 4 }

E = { ( 1 , 2 ) , ( 2 , 3 ) , ( 1 , 3 ) , ( 1 , 3 ) , ( 2 , 4 ) , ( 3 , 4 ) , ( 3 , 4 ) } = { e 1 , e 2 , e 3 , e 4 , e 5 , e 6 , e 7 }

G 3 a d a l a h g r a f d e n g a n

V = { 1 , 2 , 3 , 4 } E = { ( 1 , 2 ) , ( 2 , 3 ) , ( 1 , 3 ) , ( 1 , 3 ) , ( 2 , 4 ) , ( 3 , 4 ) , ( 3 , 4 ) , ( 3 , 3 ) } = { e 1 , e 2 , e 3 , e 4 , e 5 , e 6 , e 7 , e 8 }

1 1 1

2 3

4

2 3

4

2

4

3

e1

e2e3

e4

e5e6

e7

e1

e 2e3

e4

e5e6

e7

e8

7

G 1 G 2 G 3

G a m b a r 2 . ( a ) g r a f s e d e r h a n a , ( b ) g r a f g a n d a , d a n ( c ) g r a f s e m u

P a d a G 2 , s i s i e 3 = ( 1 , 3 ) d a n s i s i e 4 = ( 1 , 3 ) d i n a m a k a n s i s i -g a n d a ( m u l t i p l e e d g e s a t a u p a r a l e l e d g e s ) k a r e n a k e d u a s i s i i n i m e n g h u b u n g i d u a b u a h s i m p u l y a n g s a m a , y a i t u s i m p u l 1 d a n s i m p u l 3 .

P a d a G 3 , s i s i e 8 = ( 3 , 3 ) d i n a m a k a n g e l a n g a t a u k a l a n g ( l o o p )

k a r e n a i a b e r a w a l d a n b e r a k h i r p a d a s i m p u l y a n g s a m a .

1 1 1

2 3

4

2 3

4

2

4

3

e1

e2e3

e4

e5e6

e7

e1

e 2e3

e4

e5e6

e7

e8

JENIS-JENIS GRAF

8

Berdasarkan ada tidaknya gelang atau sisi ganda pada suatu graf, maka graf digolongkan menjadi dua jenis:

1. Graf sederhana (simple graph).

Graf yang tidak mengandung gelang maupun sisi-ganda dinamakan graf sederhana. G1 pada Gambar 2 adalah contoh graf sederhana

2. Graf tak-sederhana (unsimple-graph).

Graf yang mengandung sisi ganda atau gelang dinamakan graf tak-sederhana (unsimple graph). G2 dan G3 pada Gambar 2 adalah contoh graf tak-sederhana

JENIS GRAFGraf

Tak Berarah

Sederhana

Tak Sederhana

Ganda

Semu

Berarah

Berarah

Ganda Berarah

9

Rinaldi M

/IF2091 S

trukdis

10

Berdasarkan orientasi arah pada sisi, maka secara umum graf dibedakan atas 2 jenis:

1. Graf tak-berarah (undirected graph)

Graf yang sisinya tidak mempunyai orientasi arah disebut graf tak-berarah. Tiga buah graf pada Gambar 2 adalah graf tak-berarah.

2. Graf berarah (directed graph atau digraph)

Graf yang setiap sisinya diberikan orientasi arah disebut sebagai graf berarah. Dua buah graf pada Gambar 3 adalah graf berarah.

11

(a) G4 (b) G5

Gambar 3 (a) graf berarah, (b) graf-ganda berarah

1 1

2 3

4

2 3

4

12

Tabel 1 Jenis-jenis graf [ROS99]

Jenis Sisi Sisi ganda dibolehkan?

Sisi gelang dibolehkan?

Graf sederhana Graf ganda Graf semu Graf berarah Graf-ganda berarah

Tak-berarah Tak-berarah Tak-berarah Bearah Bearah

Tidak Ya Ya Tidak Ya

Tidak Tidak Ya Ya Ya

TERMINOLOGI GRAF

Ketetanggan

Bersisian Simpul

Graf Kosong

Derajat Lintasan

Sirkuit Terhubung

Graf berbobot

13

Rinaldi M

/IF2091 S

trukdis

TERMINOLOGI GRAF

14

1. Ketetanggaan (Adjacent)

Dua buah simpul dikatakan bertetangga bila keduanya terhubung langsung. Tinjau graf G1 : simpul 1 bertetangga dengan simpul 2 dan 3,

simpul 1 tidak bertetangga dengan simpul 4.

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4e 53

15

2. Bersisian (Incidency)

Untuk sembarang sisi e = (vj, vk) dikatakan

e bersisian dengan simpul vj , atau e bersisian dengan simpul vk Tinjau graf G1: sisi (2, 3) bersisian dengan simpul 2 dan simpul 3,

sisi (2, 4) bersisian dengan simpul 2 dan simpul 4, tetapi sisi (1, 2) tidak bersisian dengan simpul 4.

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4e 53

16

3. Simpul Terpencil (Isolated Vertex)

Simpul terpencil ialah simpul yang tidak mempunyai sisi yang bersisian dengannya. Tinjau graf G3: simpul 5 adalah simpul terpencil.

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4e 53

17

4. Graf Kosong (null graph atau empty graph)

Graf yang himpunan sisinya merupakan himpunan kosong (Nn). Graf N5 :

1

2

3

45

18

5. Derajat (Degree)

Derajat suatu simpul adalah jumlah sisi yang bersisian dengan simpul tersebut. Notasi: d(v)

Tinjau graf G1: d(1) = d(4) = 2 d(2) = d(3) = 3 Tinjau graf G3: d(5) = 0 simpul terpencil

d(4) = 1 simpul anting-anting (pendant vertex) Tinjau graf G2: d(1) = 3 bersisian dengan sisi ganda

d(2) = 4 bersisian dengan sisi gelang (loop)

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4e 53

19

Pada graf berarah, din(v) = derajat-masuk (in-degree)

= jumlah busur yang masuk ke simpul v dout(v) = derajat-keluar (out-degree)

= jumlah busur yang keluar dari simpul v d(v) = din(v) + dout(v)

20

G 4 G 5

T in ja u g ra f G 4 :

d in(1 ) = 2 ; d o u t(1 ) = 1 d in(2 ) = 2 ; d o u t(2 ) = 3

d in(3 ) = 2 ; d o u t(3 ) = 1 d in(4 ) = 1 ; d o u t(3 ) = 2

1 1

2 3

4

2 3

4

21

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4e 53

L e m m a J a b a t T a n g a n . J u m l a h d e r a j a t s e m u a s i m p u l p a d a s u a t u g r a f a d a l a h g e n a p , y a i t u d u a k a l i j u m l a h s i s i p a d a g r a f t e r s e b u t . D e n g a n k a t a l a i n , j i k a G = ( V , E ) , m a k a Evd

Vv

2)(

T i n j a u g r a f G 1 : d ( 1 ) + d ( 2 ) + d ( 3 ) + d ( 4 ) = 2 + 3 + 3 + 2 = 1 0

= 2 j u m l a h s i s i = 2 5

T i n j a u g r a f G 2 : d ( 1 ) + d ( 2 ) + d ( 3 ) = 3 + 3 + 4 = 1 0 = 2 j u m l a h s i s i = 2 5

T i n j a u g r a f G 3 : d ( 1 ) + d ( 2 ) + d ( 3 ) + d ( 4 ) + d ( 5 )

= 2 + 2 + 3 + 1 + 0 = 8 = 2 j u m l a h s i s i = 2 4

Akibat dari lemma (corollary):

Teorema: Untuk sembarang graf G, banyaknya simpul berderajat ganjil selau genap.

22

23

Contoh 2. Diketahui graf dengan lima buah simpul. Dapatkah kita menggambar graf tersebut jika derajat masing-masing simpul adalah: (a) 2, 3, 1, 1, 2 (b) 2, 3, 3, 4, 4 Penyelesaian: (a) tidak dapat, karena jumlah derajat semua simpulnya ganjil

(2 + 3 + 1 + 1 + 2 = 9). (b) dapat, karena jumlah derajat semua simpulnya genap (2 + 3 + 3 + 4 + 4 = 16).

24

6. Lintasan (Path)

Lintasan yang panjangnya n dari simpul awal v0 ke simpul tujuan vn di dalam graf G ialah barisan berselang-seling simpul-simpul dan sisi-sisi yang berbentuk v0, e1, v1, e2, v2,... , vn –1, en, vn sedemikian sehingga e1 = (v0, v1), e2 = (v1, v2), ... , en = (vn-1, vn) adalah sisi-sisi dari graf G.

Tinjau graf G1: lintasan 1, 2, 4, 3 adalah lintasan dengan barisan sisi (1,2), (2,4), (4,3).

Panjang lintasan adalah jumlah sisi dalam lintasan tersebut. Lintasan 1, 2, 4, 3 pada G1 memiliki panjang 3.

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4e 53

25

7. Siklus (Cycle) atau Sirkuit (Circuit)

Lintasan yang berawal dan berakhir pada simpul yang sama disebut sirkuit atau siklus.

Tinjau graf G1: 1, 2, 3, 1 adalah sebuah sirkuit. Panjang sirkuit adalah jumlah sisi dalam sirkuit tersebut. Sirkuit 1, 2, 3, 1 pada G1 memiliki panjang 3.

G1 G2 G3

1

32

4

1

23

4

5

1

2

e 1

e 2 e 3

e 4e 53

26

8 . T e r h u b u n g (C o n n e c te d )

D u a b u a h s im p u l v 1 d a n s im p u l v 2 d ise b u t te r h u b u n g jik a te rd a p a t lin ta sa n d a r i v 1 k e v 2 .

G d ise b u t g r a f te r h u b u n g (c o n n e c te d g ra p h ) jik a u n tu k se tia p p a sa n g s im p u l v i d a n v j d a la m h im p u n a n V te rd a p a t lin ta sa n d a r i v i k e v j.

J ik a tid a k , m a k a G d ise b u t g r a f ta k -te r h u b u n g (d isc o n n e c te d g ra p h ) . C o n to h g ra f ta k -te rh u b u n g :

1

2

3

4

5

6

78

27

Graf berarah G dikatakan terhubung jika graf tidak berarahnya terhubung (graf tidak berarah dari G diperoleh dengan menghilangkan arahnya).

Dua simpul, u dan v, pada graf berarah G disebut terhubung

kuat (strongly connected) jika terdapat lintasan berarah dari u ke v dan juga lintasan berarah dari v ke u.

Jika u dan v tidak terhubung kuat tetapi terhubung pada graf

tidak berarahnya, maka u dan v dikatakan terhubung lemah (weakly coonected).

28

9. Graf Berbobot (Weighted Graph)

Graf berbobot adalah graf yang setiap sisinya diberi sebuah harga (bobot).

a

b

cd

e

10 12

8

15 911

14

REPRESENTASI GRAF

Matriks ketetanggan

Matriks Bersisian

Senarai Berketetanggan

29

Rinaldi M

/IF2091 S

trukdis

REPRESENTASI GRAF

30

1. Matriks Ketetanggaan (adjacency matrix)

A = [aij], 1, jika simpul i dan j bertetangga aij = { 0, jika simpul i dan j tidak bertetangga

31

C o n to h :

4321 54321 4321

4

3

2

1

0110

1011

1101

0110

00000

00100

01011

00101

00110

5

4

3

2

1

4

3

2

1

0110

0001

1101

0010

(a ) (b ) (c )

4321

4

3

2

1

0210

2112

1101

0210

1

32

4

1

23

4

5

1

2 3

4

1

2

4

3

e1

e 2e3

e4

e5e6

e7

e8

32

Derajat tiap simpul i: (a) Untuk graf tak-berarah

d(vi) =

n

jija

1

(b) Untuk graf berarah,

din (vj) = jumlah nilai pada kolom j =

n

iija

1

dout (vi) = jumlah nilai pada baris i =

n

jija

1

33

a b c d e

15810

151411

149

811912

1012

e

d

c

b

a

a

b

cd

e

10 12

8

15 911

14

34

2. Matriks Bersisian (incidency matrix)

A = [aij], 1, jika simpul i bersisian dengan sisi j aij = { 0, jika simpul i tidak bersisian dengan sisi j

e1 e2 e3 e4 e5

4

3

2

1

10000

11100

00111

01011

1 2

3

4

e1

e2 e3e4

e5

35

3. Senarai Ketetanggaan (adjacency list)

Simpul Simpul Tetangga Simpul Simpul Tetangga Simpul Simpul Terminal 1 2, 3 1 2, 3 1 2 2 1, 3, 4 2 1, 3 2 1, 3, 4 3 1, 2, 4 3 1, 2, 4 3 1 4 2, 3 4 3 4 2, 3 5 -

(a) (b) (c)

1

32

4

1

23

4

5

1

2 3

4

GRAF ISOMORFIK

36

Dua buah graf yang sama tetapi secara geometri berbeda disebut graf yang saling isomorfik.

Dua buah graf, G1 dan G2 dikatakan isomorfik jika terdapat

korespondensi satu-satu antara simpul-simpul keduanya dan antara sisi-sisi keduaya sedemikian sehingga hubungan kebersisian tetap terjaga.

Dengan kata lain, misalkan sisi e bersisian dengan simpul u dan v di G1,

maka sisi e’ yang berkoresponden di G2 harus bersisian dengan simpul u’ dan v’ yang di G2.

Dua buah graf yang isomorfik adalah graf yang sama, kecuali penamaan

simpul dan sisinya saja yang berbeda. Ini benar karena sebuah graf dapat digambarkan dalam banyak cara.

37

( a ) G 1 (b ) G 2 ( c ) G 3

G a m b a r 6 .3 5 G 1 is o m o r f ik d e n g a n G 2 , te ta p i G 1 t id a k is o m o r f ik d e n g a n G 3

3

4

1 2

d c

a b

v w

x y

38

(a) G1 (b) G2

Gambar 6.36 Graf (a) dan graf (b) isomorfik [DEO74] edcba zvwyx

AG1 =

e

d

c

b

a

01000

10101

01011

00101

01110

AG2 =

z

v

w

y

x

01000

10101

01011

00101

01110

z

d

c

a

b

e

x

v w

y

39

(a)

(b)

Gambar 6.38 (a) Dua buah graf isomorfik, (b) tiga buah graf isomorfik

40

D a r i d e f i n i s i g r a f i s o m o r f i k d a p a t d i k e m u k a k a n b a h w a d u a b u a h g r a f i s o m o r f i k m e m e n u h i k e t i g a s y a r a t b e r i k u t [ D E O 7 4 ] : 1 . M e m p u n y a i j u m l a h s i m p u l y a n g s a m a . 2 . M e m p u n y a i j u m l a h s i s i y a n g s a m a 3 . M e m p u n y a i j u m l a h s i m p u l y a n g s a m a b e r d e r a j a t t e r t e n t u

N a m u n , k e t i g a s y a r a t i n i t e r n y a t a b e l u m c u k u p m e n j a m i n . P e m e r i k s a a n s e c a r a v i s u a l p e r l u d i l a k u k a n .

( a ) ( b )

x

u

v

w

y

GRAF PLANAR (PLANAR GRAPH) DAN GRAF BIDANG (PLANE GRAPH)

Graf yang dapat digambarkan pada bidang datar dengan sisi-sisi tidak saling memotong (bersilangan) disebut graf planar,

jika tidak, maka ia disebut graf tak-planar. K4 adalah graf planar:

41

K5 adalah graf tidak planar:

42

43

Graf planar yang digambarkan dengan sisi-sisi yang tidak saling berpotongan disebut graf bidang (plane graph).

(a) (b) (c)

Tiga buah graf planar. Graf (b) dan (c) adalah graf bidang

LINTASAN DAN SIRKUIT EULER

44

Lintasan Euler ialah lintasan yang melalui masing-masing sisi di dalam graf tepat satu kali.

Sirkuit Euler ialah sirkuit yang melewati masing-masing sisi tepat satu

kali..

Graf yang mempunyai sirkuit Euler disebut graf Euler (Eulerian graph). Graf yang mempunyai lintasan Euler dinamakan juga graf semi-Euler (semi-Eulerian graph).

45

Rinaldi M

/IF2091 S

trukdisContoh. Lintasan Euler pada graf (a) : 3, 1, 2, 3, 4, 1 Lintasan Euler pada graf (b) : 1, 2, 4, 6, 2, 3, 6, 5, 1, 3 Lintasan Euler (f) : a,c,d,a,b,d,e,b Sirkuit Euler pada graf (c) : 1, 2, 3, 4, 7, 3, 5, 7, 6, 5, 2, 6, 1 Sirkuit Euler pada graf (d) : a, c, f, e, c, b, d, e, a, d, f, b, a Graf (e) tidak mempunyai lintasan maupun sirkuit Euler

(a) (b) dan (f) graf semi-Euler (c) dan (d) graf Euler (e) bukan graf semi-Euler atau graf Euler

12

3 4

1 2

34

5 6

1

2 3

45

6 7

a

b

e

d

c

f

ba

c d

1 2

3

4 5 e

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

LINTASAN DAN SIRKUIT HAMILTON

46

Rinaldi M

/IF2091 S

trukdis

Lintasan Hamilton ialah lintasan yang melalui tiap simpul di dalam graf tepat satu kali.

Sirkuit Hamilton ialah sirkuit yang melalui tiap simpul di dalam graf

tepat satu kali, kecuali simpul asal (sekaligus simpul akhir) yang dilalui dua kali.

Graf yang memiliki sirkuit Hamilton dinamakan graf Hamilton,

sedangkan graf yang hanya memiliki lintasan Hamilton disebut graf semi-Hamilton.

47

Rinaldi M

/IF2091 S

trukdis

(a) (b) (c)

(a) graf yang memiliki lintasan Hamilton (misal: 3, 2, 1, 4) (b) graf yang memiliki lintasan Hamilton (1, 2, 3, 4, 1) (c) graf yang tidak memiliki lintasan maupun sirkuit Hamilton

1 2

34

1

3

2

4

1 2

34

48

Rinaldi M

/IF2091 S

trukdis

Beberapa graf dapat mengandung sirkuit Euler dan sirkuit Hamilton sekaligus, mengandung sirkuit Euler tetapi tidak mengandung sirkuit Hamilton, dan sebagainya..

(a) (b)

(a) Graf Hamilton sekaligus graf Euler (b) Graf Hamilton sekaligus graf semi-Euler

6

5

4

1

3

2

5

1 2

34

BEBERAPA APLIKASI GRAF

Lintasan terpendek (shortest path)o Persoalan pedagang keliling (travelling

salesperson problem) Persoalan tukang pos Cina (chinese postman

problem) Pewarnaan graf (graph colouring)

49

Rinaldi M

/IF2151 M

atdis