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Théorie des réseaux

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Théorie des réseaux

Chapitre 1 : Le vocabulaire des graphes

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

25 septembre 2026

La définition

Un graphe

L’objet

G = (V, E)

V l’ensemble des sommets — ou nœuds —, E celui des arêtes — ou liens.

n = |V| est la taille, m = |E| le nombre d’arêtes.

Notre réseau

V = \{1,2,3,4,5,6,7\}, \qquad n = 7

E = \{12,\ 13,\ 23,\ 34,\ 45,\ 56,\ 57,\ 67\}, \qquad m = 8

Quatre variantes

Ce qui distingue les graphes

Orienté — l’arête a un sens : i \to j diffère de j \to i.

Pondéré — l’arête porte une intensité : montant, fréquence, durée.

Signé — l’arête porte un signe : alliance ou hostilité.

Biparti — deux types de sommets, les arêtes ne relient que des types différents.

Le bon choix se lit dans la question

Prêts interbancaires : orienté et pondéré — qui prête combien à qui.

Coauteurs d’un article : non orienté. Administrateurs et conseils d’administration : biparti.

Se tromper de variante fausse toutes les mesures qui suivent.

Le degré

La définition

Nombre de voisins

k_i = |\,\{\,j : ij \in E\,\}\,|

En orienté, on distingue le degré entrant k_i^{\text{in}} et le degré sortant k_i^{\text{out}}.

Sur notre réseau
Nœud 1 2 3 4 5 6 7
k_i 2 2 3 2 3 2 2

Le lemme des poignées de main

Le résultat

\sum_{i \in V} k_i \;=\; 2m

Chaque arête est comptée deux fois : une par extrémité.

Vérification

2+2+3+2+3+2+2 = 16 = 2 \times 8

Le degré moyen vaut donc \bar{k} = \frac{2m}{n} = \frac{16}{7} \approx 2{,}29

Le premier théorème de la théorie des graphes

Intuition

La somme des degrés est toujours paire. Le nombre de sommets de degré impair l’est aussi.

C’est le premier théorème de la théorie des graphes, dû à Euler en 1736 — et il suffit à réfuter bien des réseaux mal saisis.

Chemins et distances

Les définitions

Trois mots

Un chemin est une suite de sommets consécutivement reliés, sans répétition.

Sa longueur est son nombre d’arêtes.

La distance d(i,j) est la longueur du plus court chemin entre i et j ; elle vaut +\infty s’il n’y en a aucun.

Sur notre réseau

d(1,2) = 1 \qquad d(1,4) = 2 \qquad d(1,5) = 3 \qquad d(1,6) = 4

Le chemin 1 \to 3 \to 4 \to 5 \to 6 est le plus court possible entre 1 et 6.

Diamètre et distance moyenne

Deux résumés

\text{diametre} = \max_{i,j} d(i,j) \qquad \bar{d} = \frac{1}{\binom{n}{2}} \sum_{i<j} d(i,j)

Sur notre réseau

Le diamètre vaut 4 : c’est la distance entre \{1,2\} et \{6,7\}.

La somme des 21 distances vaut 46, donc \bar{d} = \frac{46}{21} \approx 2{,}190

Pourquoi les deux, et pas un seul

Le diamètre est le pire cas : il est sensible à un seul sommet excentré.

La distance moyenne décrit le cas courant. Un réseau de diamètre 12 et de distance moyenne 3 est un petit monde avec une queue — pas un réseau étiré.

Connexité

Les composantes

Composante connexe

Un ensemble maximal de sommets deux à deux joignables.

Un graphe est connexe s’il n’a qu’une composante.

En orienté, deux notions

Fortement connexe : tout sommet est joignable depuis tout autre en respectant le sens.

Faiblement connexe : c’est vrai si l’on oublie les sens.

Notre réseau est connexe

Une seule composante, de sept sommets. Toutes les distances sont finies, ce qui rend les mesures du chapitre 3 calculables sans précaution.

Ponts et points d’articulation

Deux fragilités

Un pont est une arête dont la suppression augmente le nombre de composantes.

Un point d’articulation est un sommet dont la suppression fait de même.

Sur notre réseau

Les arêtes 3–4 et 4–5 sont des ponts. Les sommets 3, 4 et 5 sont des points d’articulation.

Retirer le nœud 4 coupe le réseau en deux triangles isolés.

La lecture économique

Un pont est une vulnérabilité et une rente à la fois.

Vulnérabilité pour le système : sa disparition le fragmente. Rente pour celui qui l’occupe : rien ne passe sans lui. Le chapitre 3 chiffre cette rente, et le chapitre 13 en fait un critère de régulation.

Ce qu’il faut retenir

Le résumé du chapitre

Six points
  1. Un graphe est G = (V,E) ; il peut être orienté, pondéré, signé, biparti.
  2. Le degré compte les voisins ; \sum_i k_i = 2m, toujours pair.
  3. Notre réseau : n = 7, m = 8, \bar{k} \approx 2{,}29.
  4. La distance est la longueur du plus court chemin ; diamètre 4, moyenne 2{,}190.
  5. Diamètre et distance moyenne disent des choses différentes : pire cas et cas courant.
  6. Les arêtes 3–4 et 4–5 sont des ponts ; le nœud 4 est un point d’articulation.
La suite

Le chapitre 2 range tout cela dans une matrice — et découvre que les puissances de cette matrice comptent les chemins, ce qui donnera les centralités du chapitre 4.

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Ressources du chapitre

  • Diapositives
  • Polycopié du chapitre
  • Exercices corrigés
  • Application interactive
  • — Vidéo
  • QCM (bientôt)

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