Diberikan graf berarah terhubung G dan himpunan simpul tak kosong
1,
( ) { n}
V G v v dengan d (vi) d (vi)untuk setiap i, untuk i = 1,…n. Banyaknya sirkuit Euler s|(G)| dinyatakan sebagai berikut:
33
dimana |ti(G)| adalah banyaknya pohon rentangan terhadap setiap simpul vi di G.
Bukti.Diberikan multigraf berarah G dengan himpunan simpul tak kosong
V(D) = {v1,….vn} dimana derajat keluar dan derajat masuk dari sebuah simpul
itu sama, yang dinotasikan dengan d+(vi) = d-(vi). Jika kondisi ini terpenuhi, maka akan ada setidaknya satu sirkuit Euler berdasarkan Teorema 2.1.
Selanjutnya, E adalah himpunan dari sirkuit Euler yang berarah dan Ei merupakan himpunan jalur Euler yang mulai dan berakhir pada simpul vi. Jadi jalur Ei harus mengunjungi setiap busur pada graf tepat satu kali. Karena banyak kali sirkuit Euler akan melalui simpul vi setara dengan derajat keluar (atau derajat masuk) dari vi, maka banyaknya jalur Euler yang mulai dan
berakhir pada simpul vi dapat dinyatakan sebagai berikut:
|Ei | d ( ) |vi E| d ( ) |vi E| (1)
Persamaan (1) menyatakan bahwa banyaknya jalur Euler yang mulai dan berakhir pada simpul vi sama dengan derajat keluar atau derajat masuk dari simpul vi dikalikan dengan banyaknya sirkuit Euler di G.
Sekarang, misalkan Ti merupakan pohon rentangan berarah terhadap simpul vi dan diketahui pemetaan fungsi fi :Ei Ti . Pemetaan ini memiliki
1 | ( ) | | ( ) | ( ( ) 1)! n i j j s G t G d v
input yaitu himpunan jalur Euler yang dimulai dan diakhiri pada simpul vi di G
dan memiliki output yaitu himpunan pohon rentangan berarah terhadap simpul vi di G. Untuk penyederhanaan bukti digunakan i=1 sehingga
1: 1 1.
f E T
Misalkan S adalah jalur Euler dari himpunan E1 dimana pemetaan ini membentuk suatu himpunan busur ej dengan langkah-langkah berikut.
Langkah pertama yaitu busur yang keluar dari simpul v1 di S tidak digunakan, berarti yang akan digunakan j = 2, ..., n untuk setiap busur ej . Selanjutnya, setiap busur ej di S akan melewati simpul vj untuk terakhir kali dan tidak akan kembali lagi ke dalam jalur Euler. Maka hasil dari pemetaan ini merupakan pohon T1 berarah dengan simpul v1, ..., vn dan busur e2, ..., en yang ada di himpunan pohon rentangan berarah terhadap simpul v1. Gambar 3.2
menunjukkan sebuah contoh pemetaan yang ditentukan berdasarkan sirkuit Euler di graf G.
Selanjutnya klaim bahwa T T1, maka harus dibuktikan bahwa (a) T merupakan pohon dan (b) T adalah graf berarah terhadap simpul v1.
Untuk menunjukkan (a), pertama-tama anggap bahwa T memuat suatu lingkaran C, yang tidak akan memuat v1. Karena C adalah sebuah lingkaran, maka setiap simpul C memiliki derajat keluar sama dengan satu. Asumsikan busur eg adalah busur terakhir pada jalur Euler S di lingkaran C, yang menghubungkan simpul vg dan vh. Jika hal ini terjadi, maka S kembali
35
ke simpul vh walaupun S itu sudah melewati simpul vh untuk terakhir kalinya setelah dilewati busur eh sebelumnya. Hal ini bertentangan dengan pemetaan yang berkaitan, dimana dinyatakan bahwa busur ej mengikuti kunjungan terakhir ke simpul vj, dan tidak akan kembali lagi ke simpul vj. Oleh karena itu,
T adalah pohon.
Kemudian, akan dibuktikan (b) dengan mempertanyakan apakah T adalah graf berarah terhadap simpul v1. Langkah pertama yang dilakukan adalah mengasumsikan bahwa T memuat lintasan vkvk-i … v1. Busur yang hadir antara simpul v1 dan v2 adalah e2, karena tidak ada busur e1.
Selanjutnya, busur yang hadir antara simpul v3 dan v2 adalah e2 atau e3, tetapi karena e2 telah ditetapkan menjadi busur yang hadir antara simpul v1
dan v2 maka busur tersebut haruslah busur e3. Selanjutnya dengan cara yang sama dilakukan di antara semua simpul di lintasan, dibuktikan bahwa lintasan
vkvk-i .. v1 merupakan graf berarah terhadap simpul v1.
Dengan demikian, graf berarah T ada di himpunan pohon rentangan berarah terhadap simpul vi dari graf asli G. Karena itu, dapat disimpulkan
bahwa T T1.
Selanjutnya, untuk mendapatkan pemetaan yang diinginkan f1:E1 T1
, maka harus ditetapkan bahwa f s1( ) T . Kemudian, dengan mulai bekerja dari f1 1( )T , yang artinya diketahui pohon rentangan T pada simpul v1 akan menimbulkan jalur Euler.
Sehingga, dengan menggunakan f s1( ) T dan S E , dapat dibuat 1
sebuah jalur Euler S dengan cara sebagai berikut: Dimulai dari sebuah busur yang meninggalkan simpul v1. Setelah kembali ke simpul v1, maka
selanjutnya jalur akan dilanjutkan melalui busur lain yang belum digunakan dan harus keluar pada simpul v1. Apabila tidak ada busur lain yang bisa keluar dari simpul v1 maka terbentuk jalur Euler. Sesampainya di simpul vj (j>1), busur yang meninggalkan simpul vj bukan busur ej ataupun busur yang terdapat pada pohon. Setelah busur ini habis, maka selanjutnya biarkan busur ej melalui simpul vj.
Berdasarkan fakta bahwa derajat masuk dan derajat keluar dari setiap simpul vj di G adalah sama, maka telah berhasil ditemukan sebuah jalur Euler
S di himpunan E1 dengan f s1( ) T . Perlu diketahui bahwa untuk beberapa
pohon rentangan akan ada lebih dari satu jalur Euler S yang dapat dihasilkan. Menggunakan graf G (Gambar 3.2) sebagai contoh, akan ditunjukkan proses untuk pembentukkan jalur Euler dengan menggunakan pohon
rentangan (ditunjukkan dengan garis tebal dalam Gambar 3.2). Dimulai dengan busur yang meninggalkan v1 menuju v2. Setelah di v2, harus
menggunakan busur menuju simpul v4, karena busur yang menuju v3, busur
ej, telah digunakan dalam pohon T. Sebagai catatan, di v4 ada dua busur yang keluar, karena salah satu busur menuju v1 juga bagian dari pohon, maka harus menggunakan busur yang kembali ke simpul v2. Setelah kembali
37
ke v2, busur yang tersisa hanya satu busur dari pohon, sehingga busur ini yang digunakan. Hal yang sama berlaku untuk v4, karena satu-satunya busur yang tersisa juga dari T, melengkapi jalur Euler S.
Prinsip utama dalam proses ini adalah sebagai berikut: setelah memasuki sembarang simpul pada graf, maka pada saat keluar dari simpul tersebut menggunakan busur yang tidak berasal dari pohon sebisa mungkin, sampai hanya tersisa sebuah busur pada pohon tersebut. Dengan
melakukannya secara berulang-ulang untuk setiap simpul maka akan dihasilkan sebuah jalur Euler pada graf.
Secara umum, banyaknya jalur Euler S dapat dihasilkan dari pohon rentangan T berarah terhadap simpul v1 (dinotasikan dengan 1
1 | f ( ) |T ) sebagai berikut: 1 1 1 2 | ( ) | ( )! ( ( ) 1)! (2) n j j f T d v d v
Faktorial dari derajat keluar pada simpul v1 mempertimbangkan beberapa cara berbeda yang dapat dilalui jalur Euler ( yang menjelaskan mengapa ukuran dari E1 lebih besar daripada E ), dan produk faktorial mempertimbangkan bahwa terdapat satu busur yang berkurang, dimana busur tersebut keluar dari simpul vj pada saat jalur Euler S melaluinya.
Selain itu, setelah perhatian difokuskan pada himpunan sirkuit Euler E dan mengabaikan himpunan simpul vi dimana sirkuit Euler dimulai, maka
banyaknya sirkuit Euler adalah sebagai berikut: 1 1 | | | | ( ( ) 1)! (3) n j j E T d v
Disini produk faktorial untuk derajat keluar semua simpul di G dikalikan dengan jumlah pohon rentangan T1 berarah terhadap simpul v1.
Dengan rangkaian persamaan (2) dan (3) telah dibuktikan dan diperiksa ketepatan rumus yang terkait dengan Teorema BEST.
Teorema BEST bergantung pada banyaknya pohon rentangan terhadap simpul vi serta derajat simpul-simpulnya, untuk mendapatkan banyaknya sirkuit Euler pada graf G. Kemudian, untuk menentukan banyaknya pohon rentangan terhadap simpul vi pada graf berarah G bisa menggunakan kofaktor matriks Laplacian yang terdapat pada Teorema Matriks Pohon yang telah dibahas terlebih dahulu.
Untuk mengilustrasikan teorema BEST ini akan diberikan contoh. Contoh 3.2
Pada contoh 3.1 didapat banyaknya pohon rentangan berarah terhadap simpul v1 di G adalah dua, yang dapat ditunjukkan pada Gambar 3.3.
v1 v2 v3 v4 v1 v2 v3 v4
39
Diketahui bahwa teorema BEST bergantung pada banyaknya pohon rentangan terhadap simpul vi serta derajat simpul-simpulnya. Untuk
mendapatkan banyaknya sirkuit Euler pada graf G, menggunakan teorema BEST
Maka didapat bahwa banyaknya sirkuit Euler pada graf G yang terdapat pada Gambar 3.1 adalah dua, yaitu v1v2v3v4v2v4v1 dan v1v2v4v2v3v4v1.
Untuk memperjelas pembahasan pada Bab ini, akan diberikan contoh 3.3.
Contoh 3.3
Diberikan graf berarah G seperti pada Gambar 3.4, maka akan dicari banyaknya sirkuit Euler pada graf tersebut dengan menggunakan Teorema BEST.
v1
v2 v3
Gambar 3.4 Graf berarah G
1 | ( ) | | ( ) | ( ( ) 1)! = |2| (1-1)!(2-1)!(1-1)!(2-1)! = 2 n i j j s G t G d v
Pertama-tama akan dicari banyaknya pohon rentangan terhadap simpul tertentu dengan menggunakan teorema matriks pohon. Untuk itu akan dibuat matriks ketetanggaan, matriks diagonal, dan matriks Laplacian dari graf G yaitu: 0 2 0 ( ) 0 0 2 2 0 0 A G 2 0 0 ( ) 0 2 0 0 0 2 D G 2 2 0 ( ) 0 2 2 2 0 2 L G
Kemudian cari kofaktor k1 dari graf G adalah
1
2 2
( ) det
0 2
k G
Nilai kofaktor dari matriks L(G) adalah
k1(G)= 2(2) – 0(-2) = 4
Artinya banyak pohon rentangan berarah terhadap suatu simpul vi pada graf
G adalah empat (Teorema 3.1), dan menggunakan teorema BEST (Teorema
3.2) didapatkan banyaknya sirkuit Euler pada graf G adalah
Sehingga banyaknya sirkuit Euler pada graf G (Gambar 3.4) adalah empat.
1 | ( ) | | ( ) | ( ( ) 1)! = |4| (2-1)!(2-1)!(2-1)! = 4 n i j j s G t G d v
41
BAB IV
KESIMPULAN
Teorema BEST digunakan untuk mengetahui berapa banyak sirkuit Euler pada sembarang graf berarah. Dalam hal ini juga diketahui bahwa banyaknya sirkuit Euler tidak unik dan perlu diingat bahwa untuk memperoleh sirkuit Euler pada graf berarah harus memenuhi kondisi bahwa derajat masuk dan derajat keluar dari setiap simpulpada graf berarah adalah sama. Dalam pembuktian teorema BEST diperlukan informasi banyaknya pohon rentangan terhadap suatu simpul tertentu. Banyaknya pohon rentangan yang ada
diperoleh dari teorema matriks pohon. Banyaknya sirkuit Euler pada suatu graf berarah adalah banyaknya pohon rentangan terhadap suatu simpul tertentu pada graf dikali dengan perkalian dari derajat-derajat masuk dikurang satu dari setiap simpul pada graf berarah tersebut.
[Bol98] Bollobas, B. 1998. Modern Graph Theory. Springer. Memphis. [KJ08] Kaptcianos, Jonathan. 2008. A Graph theoretical Approach to
DNA fragment Assembly, American Journal of Undergraduate
Research vol. 7 number 1:1-12.
[Pev01] Pevzner, Pavel .A, et al. 2001. An Eulerian Path Approach to DNA Fragment Assembly. PNAS vol. 98 number 17: 9748- 9753.
