Teoría de grafos · Definición

Grafo bipartito

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Antes de empezar necesitas conocer

La bipartición modela emparejamientos, como estudiantes con cursos o trabajadores con tareas, y es la forma más simple de dividir un grafo en dos bandos opuestos.

Definición

Un grafo bipartito es un grafo \(G=(V,E)\) cuyos vértices se reparten en dos conjuntos disjuntos \(A\) y \(B\) de modo que cada arista \(e\in E\) une un vértice de \(A\) con uno de \(B\).

\[V=A\cup B,\quad A\cap B=\varnothing,\quad |e\cap A|=1\ \text{ para toda } e\in E\]

Las dos partes \(A\) y \(B\) no tienen aristas internas: todo lo que ocurre en el grafo ocurre entre un bando y el otro. Por eso un grafo bipartito no puede tener triángulos, ni en general ciclos de longitud impar. Recíprocamente, el criterio clásico asegura que un grafo es bipartito exactamente cuando todos sus ciclos tienen longitud par.

Para decidir si un grafo conexo es bipartito se pone un vértice en el bando \(A\), sus vecinos en \(B\), los vecinos de estos en \(A\), y así sucesivamente. Si en algún momento una arista une dos vértices del mismo bando, hay un ciclo impar y el grafo no es bipartito. En un grafo conexo la partición, si existe, es única salvo intercambiar \(A\) y \(B\); cada componente conexa aporta ese mismo grado de libertad.

El ejemplo guía es el grafo bipartito completo \(K_{m,n}\), con partes de \(m\) y \(n\) vértices y las \(mn\) aristas posibles entre ellas. Con \(N\) vértices, un grafo bipartito tiene a lo sumo \(\lfloor N^2/4\rfloor\) aristas. Además, como cada arista tiene un extremo en cada parte, la suma de grados en \(A\) es igual a la suma de grados en \(B\) y ambas valen \(|E|\). Un error frecuente es creer que basta con no tener triángulos: un ciclo de longitud 5 no tiene triángulos y tampoco es bipartito.

Para pensar

¿Es bipartito el grafo del cubo, con 8 vértices (las ternas de 0 y 1) y aristas entre ternas que difieren en una sola coordenada?

Sí. Tomando como \(A\) las ternas con número par de unos y como \(B\) las de número impar, cada arista cambia la paridad y por tanto une las dos partes.

Si un grafo bipartito conexo tiene \(|A|\ne|B|\), ¿se pueden intercambiar los papeles de \(A\) y \(B\)?

Solo como nombres: la partición es única, así que \(A\) y \(B\) son los dos únicos bandos posibles y lo único que cambia al intercambiarlos es cómo los llamamos.

Ejercicios 10

Referencias

  • Kenneth H. Rosen, Discrete Mathematics and Its Applications, 8th edition, McGraw-Hill, 2019. §10.2
  • Susanna S. Epp, Discrete Mathematics with Applications, 5th edition, Cengage, 2019. §10.1
  • Ralph P. Grimaldi, Discrete and Combinatorial Mathematics: An Applied Introduction, 5th edition, Pearson, 2003. §11.2