plan du metro londonien

C4 - Graphes étiquetés
TD
AB : 16 minutes ;
AG : 12 minutes ;
BC : 8 minutes ;
BE : 12 minutes ;
BG : 8 minutes ;
CD : 7 minutes ;
Sur chaque arête, les temps
dants du sens de parcours.
E XERCICE 1 (France, juin 2004)
Le graphe de la figure ci-dessous indique, sans respecter
d’échelle, les parcours possibles entre les sept bâtiments
d’une entreprise importante.
•
•
•
•
•
•
C
B
G
CE : 4 minutes ;
CG : 10 minutes ;
DE : 2 minutes ;
EF : 8 minutes ;
EG : 15 minutes ;
FG : 8 minutes.
de parcours sont indépen•
•
•
•
•
•
1. En justifiant la réponse, montrer qu’il est possible
que l’agent de sécurité passe une fois et une seule
par tous les chemins de cette usine. Donner un
exemple de trajet.
D
A
TESpé
2. L’agent de sécurité peut-il revenir à son point de départ après avoir parcouru une fois et une seule tous
les chemins ? Justifier la réponse.
E
3. Tous les matins, l’agent de sécurité part du bâtiment
A et se rend au bâtiment D.
En utilisant un algorithme que l’on explicitera, déterminer le chemin qu’il doit suivre pour que son
temps de parcours soit le plus court possible, et donner ce temps de parcours.
F
Un agent de sécurité effectue régulièrement des rondes de
surveillance. Ses temps de parcours en minutes entre deux
bâtiments sont les suivants :
E XERCICE 2 (Centres étrangers 2013)
Dans le graphe ci-dessous, les sommets représentent différentes zones de résidence ou d’activités d’une municipalité.
Une arête reliant deux de ces sommets indique l’existence d’une voie d’accès principale entre deux lieux correspondants.
B
D
C
A
E
G
F
1. Donner, sans justifier, le degré de chacun des sommets (la réponse pourra être présentée sous forme de tableau
où les sommets seront mis dans l’ordre alphabétique).
2.
(a) Donner la matrice M associée au graphe (les sommets seront mis dans l’ordre alphabétique).


2 7
8
5
5
5 3
7 8 12 13 12 8 5


8 12 12 15 13 13 5




(b) On donne la matrice M 3 = 5 13 15 12 13 12 8


5 12 13 13 10 12 5


5 8 13 12 12 8 7
3 5
5
8
5
7 2
Déterminer, en justifiant, le nombre de chemins de longueur 3 reliant A et F puis donner leur liste.
3. Pour sa campagne électorale, un candidat souhaite parcourir toutes les voies d’accès principales de ce quartier
sans emprunter plusieurs fois la même voie.
Montrer qu’un tel parcours est possible.
4. Dans le graphe ci-dessous, les valeurs indiquent, en minutes, les durées moyennes des trajets entre les différents
lieux via les transports en commun.
N. SANS
1
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C4 - Graphes étiquetés
TD
TESpé
B
D
4
8
8
20
16
C
12
12
20
E
4
12
4
A
G
24
8
F
Ce même candidat se trouve à la mairie (A) quand on lui rappelle qu’il a un rendez-vous avec le responsable de
l’hôpital situé en zone G.
(a) En utilisant l’algorithme de Dijkstra, déterminer le chemin de durée minimale que ce candidat devra emprunter pour arriver à son rendez-vous.
(b) Combien de temps faut-il prévoir pour effectuer ce trajet ?
E XERCICE 3
Partie A
Le graphe ci-dessous représente, dans un aéroport donné, toutes les voies empruntées par les avions au roulage. Ces
voies, sur lesquelles circulent les avions avant ou après atterrissage, sont appelées taxiways.
Les arêtes du graphe représentent les voies de circulation (les « taxiways ») et les sommets du graphe sont les intersections.
E
B
D
C
F
A
T
1. Déterminer le nombre de voies de circulation au total.
2. Afin que l’aéroport soit déneigé le plus rapidement possible, est-il possible de planifier un parcours pour que les
chasse-neige passent par toutes les voies sans emprunter plusieurs fois la même route ? Justifier la réponse et
donner un tel parcours.
Partie B
Dans le graphe ci-dessous, on a indiqué le sens de circulation pour les avions dans les différentes voies ainsi que le
temps de parcours pour chacune en minute( s).
E
1
0,5
B
0,5
0,5
D
1,5
4
4
0,5
2
3
3
A
1.
C
F
4
0,5
T
(a) Écrire la matrice M associée à ce graphe (ranger les sommets dans l’ordre alphabétique).
(b) Citer tous les chemins de longueur 3 reliant A à T.
2. L’avion qui a atterri est en bout de piste en A et doit se rendre le plus rapidement possible au terminal situé au
point T.
Déterminer l’itinéraire le plus rapide et en donner la durée.
N. SANS
2
Lycée Jean Giono Turin
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TESpé
E XERCICE 4 (Centres étrangers 2015)
On a schématisé ci-dessous une partie du plan du métro londonien par un graphe Γ dont les sommets sont les stations
et les arêtes sont les lignes desservant ces stations.
Chaque station de métro est désignée par son initiale comme indiqué dans la légende.
K
B
O
Légende :
B : Bond Street
E : Embankment
G : Green Park
H : Holborn
K : King’s Cross St Pancras
O : Oxford Circus
P : Piccadilly Circus
W : Westminster
H
G
P
W
1.
E
(a) Déterminer en justifiant si le graphe Γ est connexe.
(b) Déterminer en justifiant si le graphe Γ est complet.
2. Déterminer, en justifiant, si le graphe Γ admet une chaîne eulérienne. Si oui, donner une telle chaîne.
3. Donner la matrice d’adjacence M du graphe Γ (les sommets seront rangés dans l’ordre alphabétique).


2 3 6 4 2 7
3 1
3 0 1 1 2 3
6 4


6 1 4 4 4 9 10 6




8 3
4 1 4 4 5 8
3
Pour la suite de l’exercice, on donne la matrice M = 
.
2 2 4 5 2 7
3 1


7 3 9 8 7 8 10 3


3 6 10 8 3 10 4 1
1 4 6 3 1 3
1 0
4. Un touriste se trouve à la station Holborn. Il prévoit de se rendre à la station Green Park en utilisant exactement
trois lignes de métro sur son trajet.
(a) Sans utiliser le graphe, donner le nombre de trajets possibles et justifier la réponse.
(b) Donner les trajets possibles .
K
3
B
1
1
O
2
H
4
1
2
G
Légende :
B : Bond Street
E : Embankment
G : Green Park
H : Holborn
K : King’s Cross St Pancras
O : Oxford Circus
P : Piccadilly Circus
W : Westminster
3
5
P
3
4
W
2
E
Sur le graphe pondéré ci-dessus, on a indiqué la durée, exprimée en minutes, des trajets entre chaque station (la
durée est indiquée sur chaque arête du graphe Γ).
5. À partir de la station Westminster, ce touriste doit rejoindre la station King’s Cross St Pancras le plus rapidement
possible pour prendre un train.
En utilisant l’algorithme de Dijkstra, déterminer le trajet permettant de relier la station Westminster à la station
King’s Cross St Pancras en une durée minimale. On précisera cette durée.
N. SANS
3
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TD
E XERCICE 5 (Antilles Guyane Septembre 2015)
15
A
Un cycliste désire visiter plusieurs villages notés
A, B, C, D, E, F et G reliés entre eux par un réseau
de pistes cyclables.
Le graphe ci-contre schématise son plan ; les
arêtes représentent les pistes cyclables et les
distances sont en kilomètre.
TESpé
b
b
30
20
F
b
25
10
b
C
21
B
20
17
b
b
G
15
E
b
D
10
Partie A
Pour faire son parcours, le cycliste décide qu’il procèdera selon l’algorithme ci-dessous :
ligne 1
ligne 2
ligne 3
ligne 4
ligne 5
ligne 6
ligne 7
ligne 8
ligne 9
Marquer sur le plan tous les villages comme non « visités »
Choisir un village de départ
Visiter le village et le marquer « visité »
Rouler vers le village le plus proche
Tant que le village où il arrive n’est pas un village déjà visité
|visiter le village et le marquer « visité »
|rouler vers le village le plus proche sans revenir en arrière
Fin Tant que
afficher la liste des villages visités
1. Quelle propriété du graphe permet à la ligne 4 d’être toujours exécutable ?
2. En partant du village noté G, quelle sera la liste des villages visités ?
3. Existe-t-il un village de départ qui permette, en suivant cet algorithme, de visiter tous les villages ?
4. Le cycliste abandonne l’idée de suivre l’algorithme. Il souhaite maintenant, partant d’un village, y revenir après
avoir emprunté toutes les pistes cyclables une et une seule fois. Cela sera-t-il possible ?
Partie B
1. Écrire la matrice M de transition de ce graphe (dans l’ordre A, B,C , . . . ,G).
2. On donne la matrice M 4 :
A
B
C
M 4 =D
E
F
G
A
B
C
D
E
10
 5

 9


 11

 4

 1
16
5
30
12
23
18
16
16
9
12
12
14
9
4
18
11
23
14
28
14
11
23

4 1 16
18 16 16 

9 4 18 


14 11 23 

12 9 12 

9 10 5 
12 5 30

F
G
Interpréter le terme en gras, ligne A, colonne F (valant 1 ) dans le contexte de l’exercice.
N. SANS
4
Lycée Jean Giono Turin
C4 - Graphes étiquetés
TD
TESpé
Correction exercice 4 - sujet CE Juin 2015
1.
(a) Le graphe Γ est connexe, en effet la chaîne suivante : B-O-K-H-P-E-W-G passe par tous les sommets, ainsi
deux sommets quelconques seront toujours reliés par une chaîne.
(b) Le graphe n’est pas complet : W et B ne sont pas adjacents, par exemple.
2. Voici le tableau des sommets degrés :
Sommets
Degrés
W
2
B
2
E
2
G
4
H
3
O
5
P
4
K
2
Le graphe a exactement deux sommets de degré impair, étant connexe, il admet une chaîne Eulérienne d’après le
théorème d’Euler.
Voici un exemple de chaîne eulérienne : H-O-B-G-W-E-P-G-O-P-H-K-O
3. La matrice d’adjacence de Γ vaut :


0 0 1 0 0 1 0 0
0 0 0 0 0 0 1 1


1 0 0 0 0 1 1 1




0 0 0 0 1 1 1 0
M =

0 0 0 1 0 1 0 0


1 0 1 1 1 0 1 0


0 1 1 1 0 1 0 0
0 1 1 0 0 0 0 0
(a) Nous lisons dans M 3 , le coefficient m 43 = 4, il y a donc 4 chemins de longueurs 3 reliant H à G.
4.
(b) Voici les quatre chemins possibles de longueurs 3 :
G-B-O-H G-O-P-H G-P-O-H G-O-K-H
5. Nous allons utiliser pour cela l’algorithme de Dijsktra :
K
3
B
1
1
O
2
H
4
1
2
G
Légende :
B : Bond Street
E : Embankment
G : Green Park
H : Holborn
K : King’s Cross St Pancras
O : Oxford Circus
P : Piccadilly Circus
W : Westminster
3
5
P
3
4
W
W
0
|
|
|
|
|
|
|
B
∞
∞
∞
4 (G)
|
|
|
|
2
E
∞
2 (W)
|
|
|
|
|
|
E
G
∞
3 (W)
3 (W)
|
|
|
|
|
H
∞
∞
∞
∞
∞
6 (O)
6 (O)
|
O
∞
∞
∞
5 (G)
5 (G)
|
|
|
P
∞
∞
6 (E)
5 (G)
5 (G)
5 (G)
|
|
K
∞
∞
∞
∞
∞
10 (O)
10 (O)
9 (H)
Sommet sélectionné
W(0)
E(2)
G(3)
B(4)
O(5)
P(5)
H(6)
K(9)
Le temps le plus court de Westminster à la station King ?s Cross St Pancras vaut : 9 minutes. Le chemin est : W-GO-H-K
N. SANS
5
Lycée Jean Giono Turin
C4 - Graphes étiquetés
TD
TESpé
Correction exercice 5 - sujet AG Septembre 2015
Partie A
1. Le graphe est connexe, donc il y a au moins une arête qui part de n’importe quel sommet, et donc une arête de
poids minimum qui part de ce sommet.
2. En partant du village G que l’on visite, on roule vers le village B (distance 10) que l’on visite, puis vers le village A
(distance 14), enfin vers le village F (distance 30). De F, on ne peut se rendre que dans un village déjà visité, G ou
A, donc G puisqu’on ne revient pas en arrière ; comme le village est déjà visité, on sort de la boucle « tant que ».
10
15
30
20
G 7−→ B 7−→ A 7−→ F 7−→ G
3. La question posée revient à chercher si, en suivant cet algorithme, on peut visiter les villages C, D et E avant le
village G. La réponse est positive, il suffit de partir du village C :
20
10
15
10
15
30
C 7−→ D 7−→ E 7−→ G 7−→ B 7−→ A 7−→ F
4. Partir d’un village, y revenir après avoir emprunté toutes les pistes cyclables une et une seule fois, c’est chercher
un cycle eulérien ou un chemin eulérien dans ce graphe.
D’après le théorème d’Euler, un graphe connexe admet un chemin eulérien si et seulement s’il possède exactement deux sommets de degrés impairs, et il possède des cycles eulériens si tous les sommets sont de degrés
pairs.
sommet
degré
A
2
B
4
C
2
D
4
E
2
F
2
G
4
Dans ce graphe, tous les sommets sont de degré pair, donc il existe au moins un cycle eulérien partant de chaque
sommet.
Par exemple : AB – BC – CD – DB – BG – GD – DE – EG – GF – FA est un parcours partant de A et revenant à A, qui
passe par les 10 pistes cyclables une et une seule fois.
Partie B
A B
A
0 1
B 
1 0
C 
0 1

1. La matrice M de transition de ce graphe est : D  0 1

E 0 0

F 1 0
G
0 1
On met un 1 à l’intersection de la ligne i et de la colonne
la ligne i au sommet de la colonne j ; sinon on met un 0.

C
D
E
F
G

0 0 0 1 0
1 1 0 0 1

0 1 0 0 0


1 0 1 0 1

0 1 0 0 1

0 0 0 0 1
0 1 1 1 0
j s’il y a dans le graphe une arête qui relie le sommet de
A B C D E F G


A 10 5 9 11 4 1 16

B 
 5 30 12 23 18 16 16 

C  9 12 12 14 9 4 18 

4 D  11 23 14 28 14 11 23 
2. On donne la matrice M : 



E  4 18 9 14 12 9 12 


F  1 16 4 11 9 10 5 
G 16 16 18 23 12 5 30
Le terme en gras, ligne A, colonne F (valant 1), donne le nombre de chemins contenant 4 arêtes (la puissance de
la matrice M) reliant le sommet A au sommet F ; ce chemin est AB − BD − DG − GF .
N. SANS
6
Lycée Jean Giono Turin