분자그래프는 수학적으로 분자 구조를 나타내는 방법이며, 각각의 노드(node)를 연결한 에지(edge)로 나타낸다. 이미 그래프로 표현된 데이터를 분석하는 수학적 이론은 정립되어 있다. 따라서 분자를 그래프로 나타내는 분자 그래프는 수학적으로 분자 구조를 표현하는 유용한 방법이다.
중요한 것은 분자도 그래프로 표현할 수 있다는 점이다. 위 그림에서 원자는 그래프의 노드이고, 화학결합은 에지로 표현된다. 이렇게 분자의 구조는 분자 그래프로 간단하게 변환할 수 있다.
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