In Multigraphen können zwei Knoten durch mehrere Kanten (bei gerichteten Graphen: in derselben Richtung) verbunden sein, was in einfachen Graphen nicht erlaubt ist. Außerdem dürfen Multigraphen Schleifen enthalten: Kanten, die zum selben Knoten führen, von dem sie ausgehen.[1]
Anwendung kann ein Multigraph beispielsweise bei der Optimierung des Problem des Handlungsreisenden mit unterschiedlichen Zielfunktionen finden (kürzester Weg, kürzeste Zeit): dann wäre jeweils eine Kante für den Weg zwischen zwei Knoten und eine Kante für die Reisezeit zwischen zwei Knoten vorhanden.
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