数学、特にグラフ理論の分野における木(き、)とは、連結で閉路を持たない(無向)グラフである。有向グラフについての木(有向木)についても論じられるが、当記事では専ら無向木を扱う(有向木については節にまとめた)。

閉路を持たない(連結であるとは限らない)グラフを森(もり、)という。木は明らかに森である。あるいは、森を一般的な場合とし、連結な森を木という、とすることもある。

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特徴づけ 個の点からなるグラフ について次は同値である。

は木である に閉路はなく、 本の辺を持つ は連結で、 本の辺を持つ は連結で、すべての辺は橋である の任意の2点を結ぶ道がちょうど1つある に閉路はないが、新しい辺をつけ加えると閉路が必ず1つできる

性質 木 には、以下のような性質がある。 の2点を結ぶ に含まれない辺 に対して、 には を通るただ一つの閉路があり、この閉路上の任意の辺 に対して + e - は木となる。 頂点が2つ以上ある木には少なくとも2個の端末点がある。また、端末点とは次数1の点である。

上の定理から、木には必ず端末点があり、その端末点を除去すると位数の一つ小さい木が得られる。逆に言えば、位数 の木は、位数 の木に一つの新しい点と、これに接続する一本の新しい辺を加えて得られる。

根つき木 あるノードを選んで、それを一番「上」にあると考えると、そのノードを基準として2つのノードに上下の関係を考えることが出来る(すべてのノードの組み合わせについて定義されるとは限らない)。このとき、その一番上のノードを根(ね、)という。根を持つ木を単なる木と区別して根付き木という。

根つき木に関する用語は、それを家系図に見たてたものが多く使われる。 点 と が辺で結ばれており、しかも の方が よりも根に近いとき、 は の親であるといい、 は の子であるという。 点 と が共通の親を持つとき、 と は兄弟という。 根つき木上の2点 , に対し、 と根を結ぶ経路上に があるとき、 は の先祖であるといい、 は の子孫であるという。

また、根つき木に関する用語として、他に以下のようなものがある。 子を持たない点を葉という。 各辺の長さを1とするとき、点と根との経路の長さをその点の高さという。また、根から最も経路の長さが長くなる点までの長さを、その木の高さという。

n分木 を自然数とする。葉ではない各点に対しその点の子の数が常に であるような木を分木(ぶんぎ; n-ary tree)という。特に二分木はいくつかのアルゴリズムと密接に関わるデータ構造である(ただし大抵は次で述べる有向木による二分木)。

有向木 一般に、無向木は任意の点を根とみなすことができる。それに対し有向木は、根である点をただ1つだけ持つ。辺の向きとして、根から葉に向かっている場合と、葉から根に向かっている場合とがある。混在はできない(混在してしまうと閉路ができてしまう)データ構造などの実装としてはしばしば、Unixのファイルシステムにおける .. というディレクトリエントリなどのように、逆向きのリンクを持たせることがある。。

閉路を持たない任意の有向グラフは有向非巡回グラフ(Directed Acyclic Graph、DAG頻出するデータ構造であり、アクロニム風に「だぐ」と呼ばれることも多い。)である。有向木は連結な有向非巡回グラフでもあるが、連結な有向非巡回グラフが必ずしも有向木とは限らない(DAGでは子孫あるいは親の共有がある場合がある。そうするとそれは木ではない)。

脚注

参考文献

関連項目 カクタスグラフ 系統樹

外部リンク Graph Theory (Reinhard Diestel)