Кіріспе
Жазық графтардағы тыйым салынған субграфтар және нүктелік топология теоремасы. Графтар теориясында Куратовский теоремасы – Казимеж Куратовский есімімен аталатын жазық графтардың математикалық тыйым салынған графтар сипаттамасы. Ол былай тұжырымдайды: кез келген шекті граф жазық болады, егер және тек қана егер ол (бес төбесі бар толық граф) немесе (алты төбесі бар толық екі бөлікті граф, оның үш төбесі қалған үш төбесінің әрқайсысына қосылған, сондай-ақ «пайдалы граф» деп те аталады) субграфигінің бөлінісін қамтымаса.
the point set topology theorem
In graph theory, Kuratowski's theorem is a mathematical forbidden graph characterization of planar graphs, named after Kazimierz Kuratowski. It states that a finite graph is planar if and only if it does not contain a subgraph that is a subdivision of (the complete graph on five vertices) or of (a complete bipartite graph on six vertices, three of which connect to each of the other three, also known as the utility graph).
Айтылым
Жазық график – бұрыштары Евклид жазықтығындағы нүктелермен көрсетілетін, ал қабырғалары олардың соңғы нүктелерін байланыстыратын жазықтықтағы қарапайым қисықтармен көрсетілетін график. Бұл қисықтар ортақ соңғы нүктеден басқа ешқандай жерде қиылыспайды. Жазық графиктер көбінесе олардың қабырғаларын көрсету үшін түзу сызықтармен салынады, бірақ Фари теоремасына сәйкес, бұл олардың граф теориялық сипаттамасына ешқандай әсер етпейді. Графтың бөлінісі – оның қабырғаларын бір немесе бірнеше қабырғадан тұратын жолдарға бөлу арқылы құрылатын график. Куратовский теоремасы былай гласиды: шекті граф жазық болады, егер оның қабырғаларын бөліп, немесе , содан кейін қосымша қабырғалар мен бұрыштарды қосып, -ға изоморфты граф құру мүмкін болмаса. Басқаша айтқанда, шекті граф жазық болады, егер және ғана егер ол немесе -ға гомеоморфты кішіграфты қамтымаса.
Куратовскийдің субграфтары
Егер граф , немесе бөлінісі болып табылатын субграфты қамтитын граф болса, онда ол Куратовскидің субграфы деп аталады. Осы белгілеумен Куратовски теоремасын былай қысқаша айтуға болады: граф жазық, егер және тек қана егер оның Куратовскидің субграфы болмаса. Екі граф және жазық емес, оны жағдайды талдау арқылы немесе Эйлер формуласын қолданатын аргументпен көрсетуге болады. Сонымен қатар, графты бөлу жазық емес графты жазық графқа айналдыра алмайды: егер графтың бөлінісі жазық сызбаға ие болса, бөліністің жолдары қисықтар құрайды, оларды графтың өзінің қабырғаларын көрсету үшін пайдалануға болады. Сондықтан, Куратовскидің субграфы бар граф жазық бола алмайды. Куратовски теоремасын дәлелдеудегі қиыншылық – граф жазық емес болса, онда оның Куратовскидің субграфы болуы керек екенін көрсетуде.
Алгоритмдік әсерлері
Жазық емес графтың Куратовский субграфы кіріс графтың мөлшерімен өлшенгенде сызықтық уақытта табылады. Бұл жазық емес кірістер үшін жазықтық тексеру алгоритмінің дұрыстығын тексеруге мүмкіндік береді, себебі берілген субграфтың Куратовский субграфы екенін немесе емес екенін тексеру оңай. Әдетте, жазық емес графтарда көптеген Куратовский субграфтары болады. Бұл субграфтарды алу қажет, мысалы, кесу және тармақтану алгоритмдерінде қиылыстарды азайту үшін. Олардың жалпы мөлшеріне байланысты уақытта көптеген Куратовский субграфтарын алу мүмкін.
Байланысты нәтижелер
Жақын байланысты нәтиже, Вагнер теоремасы, жазық графтарды олардың кіші графтары арқылы сол екі тыйым салынған графтар тұрғысынан сипаттайды. Кез келген Куратовский субграфы – бұл сол типтегі кіші графтың ерекше жағдайы, ал керісі дұрыс болмаса да, осы екі тыйым салынған кіші графтың бірінен (бір немесе екінші типтегі) Куратовский субграфының табылуы қиын емес. Сондықтан, бұл екі теорема эквивалентті. Робертсон–Сеймур теоремасы осыған байланысты кеңейтілген нұсқа болып табылады.