- 1. 命题回顾
- 2. 前半句:邻接矩阵是三角矩阵 ⇒ 存在拓扑序列
- 2.1 邻接矩阵是上三角矩阵的情况
- 2.2 邻接矩阵是下三角矩阵的情况
- 3. 后半句:反之则不一定成立
- 4. 最终判断
1. 命题回顾
若邻接矩阵是三角矩阵,则存在拓扑序列;反之则不一定成立。
这里“邻接矩阵是三角矩阵”应理解为 有向图 的邻接矩阵(方阵,节点编号为 (1, 2, \dots, n)),并且该矩阵是上三角矩阵或下三角矩阵(通常讨论上三角,因为节点编号与拓扑顺序有关)。
2. 前半句:邻接矩阵是三角矩阵 ⇒ 存在拓扑序列
2.1 邻接矩阵是上三角矩阵的情况
假设邻接矩阵 (A) 是 上三角矩阵(对角线及以上可能有 1,对角线以下全 0)。
- 上三角意味着:如果存在边 (i \to j),则必有 (i < j)(因为 (A_{ij} = 1) 且 (i < j) 时位于上三角部分;若 (i > j) 则 (A_{ij} = 0) 表示没有这样的边)。
- 因此,所有边的方向都是从编号小的节点指向编号大的节点。
于是节点编号 (1, 2, \dots, n) 本身就是一个拓扑序列:对于任意边 (i \to j),有 (i < j),所以序列中 (i) 在 (j) 之前,满足拓扑排序的定义。
结论:上三角矩阵 ⇒ 有拓扑序列(且就是 (1,2,\dots,n))。
2.2 邻接矩阵是下三角矩阵的情况
如果矩阵是 下三角矩阵(对角线及以下可能有 1,对角线以上全 0):
- 边 (i \to j) 存在 ⇒ (A_{ij} = 1) ⇒ (i \ge j)(严格下三角时 (i > j),但若允许对角线,则可能有自环,但拓扑排序一般要求无自环,所以通常假设无自环,即 (i > j))。
- 那么所有边的方向是从编号大的节点指向编号小的节点。
这样图中可能有环吗?
举例:3 个节点,边 (3\to 2) 和 (2\to 1) 都是允许的((i>j)),但不会出现 (1\to 3)(因为 (1<3) 但上三角部分全 0),所以不会形成环(因为要形成环必须有一条边从小编号指向大编号,但这样的边不存在)。
实际上,下三角矩阵对应的图是无环的,因为若假设有环 (v_1 \to v_2 \to \dots \to v_k \to v_1),在边的编号关系上,必须有 (v_1 > v_2 > \dots > v_k > v_1),这不可能(传递得到 (v_1 > v_1) 矛盾)。所以也是 DAG。
因此,下三角矩阵也对应一个 DAG,拓扑序列存在(不过是逆序编号 (n, n-1, \dots, 1) 等)。
小结前半句:无论上三角还是下三角矩阵(无自环),对应的有向图是无环的(DAG),所以一定存在拓扑序列。
命题前半句为真。
3. 后半句:反之则不一定成立
“反之”意思是:存在拓扑序列 ⇒ 邻接矩阵是三角矩阵?
- 存在拓扑序列只说明图是 DAG。
- 我们可以对 DAG 的节点进行拓扑排序,然后按这个顺序给节点重新编号,那么在新编号下,所有边都是从编号小的指向编号大的 ⇒ 邻接矩阵是上三角矩阵。
但注意原命题中“邻接矩阵是三角矩阵”是对原编号而言的,没有说可以重编号。
所以:一个 DAG 在原来的节点编号下,邻接矩阵不一定是三角矩阵。
例如:节点编号 1, 2, 3,边有 (1\to 3) 和 (2\to 1)(拓扑序列可以是 2,1,3),但原邻接矩阵:
[
\begin{pmatrix}
0 & 0 & 1 \
1 & 0 & 0 \
0 & 0 & 0
\end{pmatrix}
]
不是上三角(因为 (A_{21}=1) 在下三角部分),也不是下三角(因为 (A_{13}=1) 在上三角部分)。
所以“存在拓扑序列”不一定意味着原编号下的邻接矩阵是三角矩阵。
结论:反之不成立。
4. 最终判断
命题:
若邻接矩阵是三角矩阵,则存在拓扑序列;反之则不一定成立。
这是 正确 的。
最终答案:
[
\boxed{\text{正确}}
]