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    令 表示一个图,其中 是一个有限的非空的节点集, 是边集。图 的一条边记为 ,表示这条边是从节点 开始到节点 结束的,这同时也意着节点 可以直接接收到节点 的信息。在这种情况下,节点 称为节点 的父亲节点,而节点 称为节点 的孩子节点。所有节点 的邻居节点组成的集合记为 。当且仅当 的同时也意着 ,则图 是无向图,否则,图 是有向图。一条有向路径是一组边的序列,形如 。一条无向路径也是类似定义的。在无向图 中,如果从节点 到节点 有路径,则称 和 是连通的。如果对于图中任意两个顶点都是连通的,则称 是连通图。在有向图中,如果对任意两个节点 、 ,都有从 到 的路径和从 到 的路径,则称 是强连通图。

    2.2  矩阵知识

    为了方便描述图中边和节点的关系,我们引入了邻接矩阵的概念。图 的带权重的邻接矩阵 定义如下:如果 ,则 ,否则, 。由于不存在节点自身到自身的封闭路径,所以 。无向图对应的邻接矩阵是对称的。入度矩阵定义为 ,若图 是对称的,则有每个节点的出度等于入度,这时称 为度矩阵。如果一个图对应的邻接矩阵的出度和入度相等,则称该图为平衡图。

    另一种描述节点与边之间的关系的矩阵是图 的拉普拉斯矩阵 ,定义为:若 ,则有 ,否则 。即 。在无向图中,拉普拉斯矩阵是对称半正定的,但是有向图并不具备此性质。 

    拉普拉斯矩阵具有三大特性,这些特性是研究有限时间一致性协议收敛的重要因素。

    性质一:0是矩阵 的特征值,并且 为对应的特征向量,其中 ; 

    性质二:如果图 是强连通图,则0为矩阵 的单一特征值;  

    性质三:如果图 是连通且对称的,则矩阵 对称且正半定,所有的特征值都为实数且非负,可以写成以下形式: 。

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