faecher:informatik:oberstufe:graphen:zpg:kartenfaerben:start

Dies ist eine alte Version des Dokuments!


Kartenfärben

Landkarten werden normalerweise koloriert, um einzelne Gebiete gut unterscheiden zu können. Dabei dürfen benachbarte Gebiete nicht in derselben Farbe gefärbt werden. Es sollen dabei möglichst wenige Farben verwendet werden.


(A1)

Färbe die Karte der Bundesländer nach der beschriebenen Regel.

1)

Die Ausgangssituation soll nun als Graph modelliert werden. Dabei stehen die Knoten für die Gebiete der Landkarte, zwei Knoten haben eine gemeinsame Kante, wenn Sie auf der Karte eine gemeinsame Grenzlinie haben.

Graphenfärbe-Problem: Geben ist ein Graph. Färbe die Knoten des Graphen so, dass keine durch eine Kante verbundene Knoten die gleiche Farbe haben.

Varianten:

  • Verwende dabei möglichst wenige Farben.
  • Ist es möglich, den Graphen mit k Farben zu färben?

Für die Kolorierung von Graphen gelten folgende Sätze:

  • Graphen, die sich mit einer Farbe färben lassen, haben keine Kante außer Schleifen.
  • Ein bipartiter2) Graph lässt sich mit zwei Farben färben.
  • Ein vollständiger Graph mit n Knoten benötigt n Farben.
  • Ein Graph mit einer Clique3) aus m Knoten benötigt mindestens m Farben.

(A2)

Begründe die obigen Aussagen.

Lösung


(A3)

Beschreibe eine Situation (Landkarte incl. Reihenfolge der Länder), in der der Greedy-Algorithmus mehr als 4 Farben erfordert.

Lösungsvorschlag


(A4)

Landkarten lassen sich immer mit vier Farben einfärben. Bestimme die Anzahl der möglichen Färbungen (ohne Beachtung der Regel, dass Nachbarländer nicht die gleiche Farbe haben dürfen) einer Landkarte aus 20 Ländern mit 4 Farben.

Lösung


(A5)

Für das Kartenfärbeproblem ist kein Algorithmus bekannt, der eine optimale Lösung bestimmt, ohne dabei alle Möglichkeiten auszuprobieren. Begründe die Notwendigkeit eines Näherungsalgorithmus.

Pseudocode

Beispielimplementation


1)
Bundesländer in Deutschland, Stefan-Xp via Wikimedia Commons (Lizenz: CC BY-SA 3.0): https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Germany_blank_map.svg
  • faecher/informatik/oberstufe/graphen/zpg/kartenfaerben/start.1670326578.txt.gz
  • Zuletzt geändert: 06.12.2022 12:36
  • von Frank Schiebel