Граф инвариант Колена де Вердьера - Colin de Verdière graph invariant

Инвариант Колена де Вердьера параметр графика ${ Displaystyle му (G)}$ для любого график ГРАММ, представлен Ив Колен де Вердьер в 1990 году. Это было мотивировано изучением максимальной кратности второго собственное значение определенных Операторы Шредингера.^[1]

Определение

Позволять ${ Displaystyle G = (V, E)}$ быть без петель простой график. Без ограничения общности предположим, что ${ Displaystyle V = {1, точки, п }}$. потом ${ Displaystyle му (G)}$ самый большой кокон любой симметричная матрица ${ displaystyle M = (M_ {i, j}) in mathbb {R} ^ {(n)}}$ такой, что:

• (M1) для всех ${ displaystyle i, j}$ с ${ displaystyle i neq j}$: ${ displaystyle M_ {я, j} <0}$ если ${ displaystyle {я, j } in E}$, и ${ displaystyle M_ {я, j} = 0}$ если ${ displaystyle {я, j } notin E}$;
• (M2) M имеет ровно одно отрицательное собственное значение кратности 1;
• (M3) нет ненулевой матрицы ${ displaystyle X = (X_ {i, j}) in mathbb {R} ^ {(n)}}$ такой, что ${ displaystyle MX = 0}$ и такой, что ${ Displaystyle X_ {я, j} = 0}$ если либо ${ displaystyle i = j}$ или же ${ Displaystyle M_ {я, j} neq 0}$ держать.^[1][2]

Характеристика известных семейств графов

Несколько известных семейств графов можно охарактеризовать в терминах их инвариантов Колена де Вердьера:

• μ ≤ 0 если и только если грамм имеет без краев;^[1][2]
• μ ≤ 1 если и только если грамм это линейный лес (непересекающееся объединение путей);^[1][3]
• μ ≤ 2 если и только если грамм является внешнепланарный;^[1][2]
• μ ≤ 3 если и только если грамм является планарный;^[1][2]
• μ ≤ 4 если и только если грамм является бесконечно встраиваемый граф^[1][4]

Эти же семейства графов также обнаруживаются в связи между инвариантом Колена де Вердьера графа и структурой его графа. дополнительный граф:

• Если дополнение п-вершинный граф - линейный лес, то μ ≥ п − 3;^[1][5]
• Если дополнение п-вершинный граф внешнепланарный, то μ ≥ п − 4;^[1][5]
• Если дополнение п-вершинный граф плоский, то μ ≥ п − 5.^[1][5]

График миноров

А незначительный графа - это другой граф, образованный из него сужением ребер и удалением ребер и вершин. Инвариант Колена де Вердьера является минорно-монотонным, то есть взятие минорного графа может только уменьшить или оставить неизменным его инвариант:

Если ЧАС является несовершеннолетним грамм тогда ${ Displaystyle му (Ч) Leq му (G)}$.^[2]

Посредством Теорема Робертсона – Сеймура, для каждого k существует конечное множество ЧАС графов таких, что графы с инвариантом не более k такие же, как графы, не имеющие ни одного члена ЧАС как несовершеннолетний. Колин де Вердьер (1990) перечисляет эти наборы запрещенные несовершеннолетние за k ≤ 3; за k = 4 множество запрещенных миноров состоит из семи графов в Семья Петерсен, благодаря двум характеристикам бесконечно встраиваемые графы как графы с μ ≤ 4 и как графы без младшего семейства Петерсенов.^[4] За k = 5 набор запрещенных миноров включает 78 графов семейства Хивуда, и предполагается, что их больше нет.^[6]

Хроматическое число

Колин де Вердьер (1990) предположил, что любой граф с инвариантом Колена де Вердьера μ может быть цветной с не более чем μ + 1 цветами. Например, линейные леса имеют инвариант 1 и могут быть 2-х цветный; то внешнепланарные графы иметь инвариант два и может быть трехцветным; то планарные графы имеют инвариант 3, и (по теорема четырех цветов ) может быть 4-х цветным.

Для графов с инвариантом Колена де Вердьера не более четырех гипотеза остается верной; эти бесконечно встраиваемые графы, а тот факт, что их хроматическое число не превосходит пяти, является следствием доказательства Нил Робертсон, Пол Сеймур, и Робин Томас  (1993 ) из Гипотеза Хадвигера за K₆-безминорные графы.

Другие свойства

Если график имеет номер перехода ${ displaystyle k}$, он имеет инвариант Колена де Вердьера не более ${ displaystyle k + 3}$. Например, два Куратовски графики ${ displaystyle K_ {5}}$ и ${ displaystyle K_ {3,3}}$ оба могут быть нарисованы с помощью одного перекрестка и имеют не более четырех инвариантов Колена де Вердьера.^[2]

Влияние

Инвариант Колена де Вердьера определяется из специального класса матриц, соответствующих графу, а не только одной матрицы, связанной с графом. В том же духе определяются и изучаются другие параметры графика, такие как минимальный ранг графа, минимальный полуопределенный ранг графа и минимальный косой ранг графа.

Примечания

Рекомендации

• Колен де Вердьер, Ив (1990), "Sur un nouvel invariant des graphes et un critère de planarité", Журнал комбинаторной теории, серия B, 50 (1): 11–21, Дои:10.1016 / 0095-8956 (90) 90093-Ф. Перевод Нила Калкина как Колен де Вердьер, Ив (1993), «О новом инварианте графа и критерии планарности», в Робертсон, Нил; Сеймур, Пол (ред.), Теория графической структуры: Учеб. Совместная летняя научная конференция AMS – IMS – SIAM по минорам графов, Современная математика, 147, Американское математическое общество, стр. 137–147..
• ван дер Хольст, Хайн; Ловас, Ласло; Шрайвер, Александр (1999), "Параметр графа Колена де Вердьера", Теория графов и комбинаторная биология (Балатонлелле, 1996), Bolyai Soc. Математика. Stud., 7, Будапешт: János Bolyai Math. Soc., Стр. 29–85..
• Котлов, Андрей; Ловас, Ласло; Вемпала, Сантош (1997), «Число Колена де Вердьера и сферические представления графа», Комбинаторика, 17 (4): 483–521, Дои:10.1007 / BF01195002
• Ловас, Ласло; Шрайвер, Александр (1998), "Теорема Борсука для антиподальных зацеплений и спектральная характеристика беззвучно вложимых графов", Труды Американского математического общества, 126 (5): 1275–1285, Дои:10.1090 / S0002-9939-98-04244-0.
• Робертсон, Нил; Сеймур, Пол; Томас, Робин (1993), "Гипотеза Хадвигера для K₆-бесплатные графики » (PDF), Комбинаторика, 13: 279–361, Дои:10.1007 / BF01202354.