Граф — математическая абстракция реальной системы любой природы, объекты которой обладают парными связями. Граф как математический объект есть совокупность двух множеств — множества самих объектов, называемого множеством вершин, и множества их парных связей, называемого множеством рёбер. Элемент множества рёбер есть пара элементов множества вершин.
Тео́рия гра́фов — раздел дискретной математики, изучающий графы, одна из ветвей топологии. В самом общем смысле граф — это множество точек, которые соединяются множеством линий. Теория графов включена в учебные программы для начинающих математиков, поскольку:
- как и геометрия, обладает наглядностью;
- как и теория чисел, проста в объяснении и имеет сложные нерешённые задачи;
- не имеет громоздкого математического аппарата ;
- имеет выраженный прикладной характер.
Здесь собраны определения терминов из теории графов. Курсивом выделены ссылки на термины в этом словаре.
В теории графов два типа объектов обычно называются циклами.
Кликой неориентированного графа называется подмножество его вершин, любые две из которых соединены ребром. Клики являются одной из основных концепций теории графов и используются во многих других математических задачах и построениях с графами. Клики изучаются также в информатике — задача определения, существует ли клика данного размера в графе является NP-полной. Несмотря на эту трудность, изучаются многие алгоритмы для поиска клик.
В теории графов совершенным графом называется граф, в котором хроматическое число любого порождённого подграфа равно размеру максимальной клики этого подграфа. Благодаря строгой теореме о совершенных графах, с 2002 года известно, что совершенные графы — это то же самое, что и графы Бержа. Граф G является графом Бержа если ни G, ни его дополнение не имеет порождённых циклов нечётной длины.
Снарк в теории графов — связный кубический граф без мостов c хроматическим индексом 4. Другими словами, это граф, в котором каждая вершина имеет три соседние вершины и рёбра нельзя выкрасить только в три цвета, так чтобы два ребра одного цвета не сходились в одной вершине. Чтобы избежать тривиальных случаев, снарками часто не считают графы, имеющие обхват меньше 5.
В математике теорема Веблена, доказанная Вебленом, утверждает, что множество рёбер конечного графа можно представить в виде объединения непересекающихся простых циклов в том и только в том случае, когда любая вершина имеет чётную степень. Таким образом, эта теорема тесно связана с теоремой Эйлера, о том, что конечный граф имеет эйлеров цикл в том и только в том случае, когда граф связен и любая вершина имеет чётную степень. Более того, представление графа в виде объединения простых циклов можно получить из эйлерового цикла путём повторяющегося деления обхода на более мелкие циклы в случае присутствия в цикле повторяющейся вершины. Однако теорема Веблена справедлива и для несвязных графов и может быть обобщена на бесконечные графы, в которых каждая вершина имеет конечную степень.
Базис циклов неориентированного графа — множество простых циклов, которые образуют базис пространства циклов графа. Таким образом, это минимальный набор циклов, который позволяет любой эйлеров подграф представить как симметрическую разность базисных циклов.
Число пересечений графа — наименьшее число элементов в представлении данного графа как графа пересечений конечных множеств, или, эквивалентно, наименьшее число клик, необходимых для покрытия всех рёбер графа.
Двойное покрытие циклами в теории графов — множество циклов в неориентированном графе, которое включает в себя каждое ребро ровно два раза. Например, любой полиэдральный граф образован из вершин и рёбер выпуклого многогранника, грани же при этом образуют двойное покрытие циклами: каждое ребро принадлежит ровно двум граням.
В теории графов контурный ранг неориентированного графа — это минимальное число рёбер, удаление которых разрушает все циклы графа, превращая его в дерево или лес. Контурный ранг можно понимать также как число независимых циклов в графе. В отличие от соответствующей задачи нахождения разрезающего циклы набора дуг для ориентированных графов, контурный ранг r легко вычисляется по формуле
,
В теории графов псевдолес — это неориентированный граф, в котором любая связная компонента имеет максимум один цикл. То есть это система вершин и рёбер, соединяющих пары вершин, такая, что никакие два цикла не имеют общих вершин и не могут быть связаны путём. Псевдодерево — это связный псевдолес.
Экстремальная теория графов — это ветвь теории графов. Экстремальная теория графов изучает экстремальные свойства графов, удовлетворяющих определённым условиям. Экстремальность может относиться к различным инвариантам графов, таким как порядок, размер или обхват. В более абстрактном смысле теория изучает, как глобальные свойства графа влияют на локальные подструктуры графа.
Покрытие вершин циклами графа G — это набор циклов, которые являются подграфами графа G и содержат все вершины G.
Гипотеза Алспаха — это математическая теорема, которая описывает покрытия рёбер непересекающимися циклами полных графов при заданных длинах циклов. Гипотеза названа именем Брайана Алспаха, который высказал гипотезу как исследовательскую задачу в 1981. В 2014 году Даррин Брайант, Даниэль Хорсли и Уильям Петтерссон опубликовали доказательство теоремы.
Алгоритм Суурбалле — это алгоритм нахождения двух непересекающихся путей в ориентированном графе с неотрицательными весами, так что оба пути связывают ту же самую пару вершин и имеют минимальную общую длину.
Пространство циклов неориентированного графа — линейное пространство над полем 
, состоящее из его эйлеровых подграфов. Размерность этого пространства называется контурным рангом графа. С точки зрения алгебраической топологии циклическое пространство является первой группой гомологий графа.
