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九章格数学 · 图论工坊

一笔画

每座桥恰走一次——从柯尼斯堡七桥到欧拉判据:连通且奇点数为 0 或 2。
关卡
四关
判据
奇点数 0/2
柯尼斯堡
4 奇点

🖋️ 一笔画 · 试玩

选一关 → 在图上点相邻的圆点,沿一条还没走过的边前进。每条边恰好走一次,把整张图的所有边走完,就是「一笔画」通关。
小环路 · 0 个奇点
当前所在点—
已用 / 总边数0 / 0
状态待出发

本次路径

点一个圆点出发…

奇点速查

🌉 造桥 · 改造柯尼斯堡

下面就是 1736 年柯尼斯堡的地图骨架:北岸、南岸、河心岛、东岸四块陆地,七座桥。用「+ / −」给任意两块陆地间加桥或拆桥,右边实时显示各点度数、奇点个数与判据结论。任务:把它改造到可以一笔画。
柯尼斯堡 · 实时图
桥的总数7
奇点个数4
是否连通是
判据结论—

各点度数

—

在这里增删桥

📖 传说 · 一座城市的难题

1736 年,一个「遛弯」的问题,成了整个图论的起点。

🌉 柯尼斯堡的七座桥

普鲁士的柯尼斯堡(今俄罗斯加里宁格勒)被普列戈利亚河分成四块陆地,之间架着七座桥。市民们赌着一件事:能不能从某块陆地出发,把七座桥一座不漏、且每座只走一次地走完?据说有人真的拿脚步丈量过很多遍,没人成功。

1736 年,在圣彼得堡科学院任职的欧拉(Leonhard Euler)给这个问题一个彻底的答案:不能。他并没有真去走一遍,而是把四块陆地缩成四个「点」、七座桥缩成七条「线」——地图被抽成了图。这一步抽象,本身就是数学史上的大事。

🧭 从「位置几何」到图论

欧拉的论文标题是 «Solutio problematis ad geometriam situs pertinentis»(《与位置几何有关的一个问题的解》,1736)。他特意强调:这里重要的不是桥的长短、曲直,而是它们怎么连——连接关系本身才是关键。

「位置几何」(geometria situs)这个说法,可追溯到莱布尼茨的一个设想。欧拉这篇文章被公认为图论与拓扑学的开端:他第一次系统地研究「点与连线」的抽象结构。

✏️ 一笔画的判据

把每块陆地连的桥数记为该点的度数;度数为奇数的点叫奇点。欧拉的结论可以写成一句话:

一张(把孤立点去掉后的)连通图能一笔画成 ⟺ 奇点的个数是 0 或 2。
0 个奇点 → 起终点相同(欧拉回路);2 个奇点 → 必须从一个奇点出发、到另一个奇点结束(欧拉路径)。

道理很直观:走一笔画时,除了起点和终点,每「进」一个点必再「出」一次,进出的边成对消耗,所以这些点的度数必为偶数。只有起点、终点可以是「只出不进 / 只进不出」,最多留 2 个奇点。柯尼斯堡四块陆地的桥数分别是 5、3、3、3——四个奇点,所以走不完。

🎩 汉密尔顿的二十面体游戏

近一个世纪后,爱尔兰数学家汉密尔顿(William Rowan Hamilton)在 1857 年发明了「Icosian Game(二十面体游戏)」:要求沿着正十二面体(它的骨架是正二十面体的对偶)的棱走一圈,每个顶点恰好经过一次,最后回到起点。他后来还为此申请了专利,卖给了一个玩具商。

「每条边恰好一次」是欧拉问题,「每个点恰好一次」是汉密尔顿问题。后者看起来只差一个字,却难得多——至今没有像奇点数那样简洁的判据,它正是著名的 NP 完全问题。

🌐 一个改变数学的问题

欧拉解决七桥问题的手段,比结论本身更重要:把与问题无关的细节全部丢掉,只留下「谁和谁相连」。这正是现代数学的核心动作。由它长出的东西多得惊人——地图染色、网络路由、社交网络、电路设计、DNA 测序、物流调度,背后都是同一套「点与边」的语言。

今天的城市里,你也可以自己造桥、拆桥,看看什么时候这张图刚好「一笔画得完」。去「造桥」页试试:柯尼斯堡那 4 个奇点,加几座桥才能救活?