Кіріспе

Графтың жиектерін бояу мәселесі, мұнда қатар келетін жиектердің түсі бірдей болмайды. Граф теориясында, графтың дұрыс жиек бояуы – графтың жиектеріне "түстерді" тағайындау, сонда екі жанасқан жиектің түсі бірдей болмайды. Мысалы, оң жақтағы суретте графтың жиектері қызыл, көк және жасыл түстермен боялған. Жиек бояулары – графты бояудың бірнеше түрінің бірі. Жиек бояу мәселесі берілген графтың жиектерін ең көп дегенде k түрлі түс қолданып, k-ның берілген мәніне немесе мүмкін болатын ең аз түстермен бояуға бола ма деп сұрайды. Берілген графтың жиектері үшін қажетті түстердің ең аз саны – графтың хроматикалық индексі деп аталады. Мысалы, суреттегі графтың жиектерін үш түспен бояуға болады, бірақ екі түспен бояу мүмкін емес, сондықтан көрсетілген графтың хроматикалық индексі үш. Визинг теоремасы бойынша, қарапайым графты жиекпен бояу үшін қажетті түстер саны оның ең жоғары дәрежесі Δ немесе Δ+1-ге тең. Кейбір графтарда, мысалы, екі бөлікті графтар мен жоғары дәрежелі жазық графтарда түстер саны әрқашан Δ болады, ал көп жиекті графтарда түстер саны 3Δ/2-ге дейін жете алады. Екі бөлікті графтардың оңтайлы бояуларын құратын полиномиалдық уақыт алгоритмдері, сондай-ақ ең көп Δ+1 түс қолданатын екі бөлікті емес қарапайым графтардың бояулары бар; алайда, оңтайлы жиек бояуын табудың жалпы мәселесі NP-қиын, ал оған ең жылдам белгілі алгоритмдер экспоненциалдық уақыт алады. Жиек бояу мәселесінің көптеген нұсқалары зерттелді, онда жиектерге түс тағайындау басқа шарттарды орындауы керек. Жиек бояулары кестелеу мәселелерінде және оптикалық талшықты желілер үшін жиілік тағайындауда қолданылады.

Мысалдар

Циклдік графтың шеттерін екі түспен бояуға болады, егер циклдің ұзындығы жұп болса: цикл бойында екі түсті кезектестіре беріңіз. Дегенмен, егер ұзындығы тақ болса, үш түс қажет болады. N төбесі бар толық граф Kn, n жұп сан болғанда n-1 түспен боялады; бұл Бараньяи теоремасының ерекше жағдайы. Осы жағдайда бояудың келесідей геометриялық құрылымын ұсынады: n нүктені тұрақты (n-1) қабырғалы көпбұрыштың төбелеріне және ортасына орналастырыңыз. Әр түс класы үшін ортадан көпбұрыштың бір төбесіне дейін бір қабырғаны және көпбұрыштың төбелерінің жұптарын тікелей жалғайтын барлық қабырғаларды қосу керек. Алайда, n тақ сан болғанда, n түс қажет: әр түсті тек (n-1)/2 қабырға үшін, яғни жалпы санының 1/n бөлігі үшін қолдануға болады. Бірнеше авторлар тақ графтардың шеттерін бояуды зерттеді, бұл n реттелі графтар, онда төбелер 2n-1 ойыншыдан таңдалған n-1 ойыншыдан тұратын командаларды көрсетеді, ал қабырғалар осы командалардың мүмкін жұптасуларын көрсетеді (бір ойыншы ойынды төрелік ету үшін «артық адам» ретінде қалады). 1=n=3 жағдайында белгілі Петерсен графигі алынады. (1=n=6 үшін) мәселе мынадай түсіндіріледі: ойыншылар осы жұптасулар үшін кесте жасауды қалайды, сонда әр команда аптаның әртүрлі күндері алты ойынын ойнайды, ал барлық командалар жексенбі күні демалады; яғни, мәселені математикалық тұрғыда формалдасақ, олар 6 реттелі O6 графигінің 6 қабырғасын бояуды қалайды. n 3, 4 немесе 8 болғанда, On графигінің қабырғаларын бояу үшін n+1 түс қажет, ал 5, 6 немесе 7 болғанда, тек n түс қажет.

Анықтамалар

Түйінімен салыстырғанда, графтың қабырға бояуы, ешқандай қосымша түсіндірме берілмесе, әрқашан қабырғалардың дұрыс бояуы деп есептеледі, яғни екі іргелес қабырғаға бірдей түс тағайындалмайды. Мұнда екі түрлі қабырға ортақ төбесі болғанда іргелес деп есептеледі. Граф G-нің қабырға бояуы, G-нің сызықтық графигі L(G)-нің төбе бояуымен теңестірілуі мүмкін, бұл график G-нің әрбір қабырғасы үшін төбе және G-дегі іргелес қабырғалардың әрбір жұбы үшін қабырғаға ие. K түрлі түспен дұрыс қабырға бояуы (дұрыс) k қабырға бояуы деп аталады. K қабырға бояуымен бояуға болатын граф k қабырға бояғыш болып табылады. Граф G-нің (дұрыс) қабырғаларын бояу үшін қажетті түстердің ең аз саны – хроматикалық индекс немесе қабырғаның хроматикалық саны, χ′(G). Хроматикалық индекс кейде χ1(G) белгісімен де жазылады; бұл белгідегі бір деген сандар қабырғалар бір өлшемді нысандар екенін көрсетеді. Графтың хроматикалық индексі дәл k болса, онда ол k қабырғалық хроматикалық болып табылады. Хроматикалық индексті χ(G) немесе χ0(G) хроматикалық санымен шатастыруға болмайды, бұл G төбесіне дұрыс бояу үшін қажетті түстердің ең аз саны. Басқаша айтылмаса, барлық графтар қарапайым деп есептеледі, көпқырлы графтардан өзгеше, онда екі немесе одан да көп қабырғалар бір жұп соңғы нүктелерді байланыстыруы мүмкін және өзіндік циклдар болуы мүмкін. Қабырға бояуына қатысты көптеген мәселелер үшін қарапайым графтар көпқырлы графтардан өзгеше әрекет етеді, сондықтан қарапайым графтардың қабырға бояуы туралы теоремаларды көпқырлы граф жағдайына дейін кеңейту үшін қосымша сақтық қажет.

Сәйкестікке қатысты

G графигіндегі сәйкестік – бұл шеттердің жиынтығы, олардың екеуі де іргелес емес; толық сәйкестік – графиктің барлық төбелерімен жанасатын шеттерді қамтитын сәйкестік, ал максималды сәйкестік – мүмкіндігінше көп шеттерді қамтитын сәйкестік. Шеттерді бояуда кез келген түстің шеттері бір-біріне іргелес болмауы керек, сондықтан олар сәйкестік құрайды. Яғни, дұрыс шеттерді бояу – бұл графикті бір-бірімен қиылыспайтын сәйкестіктерге бөлумен бірдей. Егер берілген графиктегі максималды сәйкестіктің мөлшері кішкентай болса, онда графиктің барлық шеттерін жабу үшін көптеген сәйкестіктер қажет болады. Формальды түрде айтқанда, бұл ойлау мынаны білдіреді: егер графтың барлығы m шеті болса және ең көп дегенде β шеті максималды сәйкестікке жатса, онда графтың кез келген шеттерді бояуы үшін кем дегенде m/β түрлі түс қолданылуы керек. Мысалы, суретте көрсетілген 16 төбелі жазық графтың 1=m = 24 шеті бар. Бұл графта толық сәйкестік болуы мүмкін емес, себебі, егер орталық төбе сәйкестікке қосылса, қалған сәйкестіксіз төбелерді төрт, бес және бес төбелі үш түрлі байланысқан компонентке топтауға болады, ал төбелерінің саны тақ компоненттер толық сәйкестікке ие болмайды. Дегенмен, графтың жеті шеті бар максималды сәйкестігі бар, сондықтан 1=β = 7. Сондықтан, графты бояу үшін қажетті түстердің саны кем дегенде 24/7, және түстердің саны бүтін сан болуы керек болғандықтан, ол кем дегенде төрт. Кемел сәйкестігі жоқ k дәрежелі тұрақты граф үшін, бұл төменгі шекара кем дегенде k + 1 түс қажет екенін көрсету үшін қолданылуы мүмкін. және кездейсоқ графтардың көп бөлігі 1-сыныпқа жатады. Дегенмен, кездейсоқ графтың 1-сыныпқа жататындығын анықтау NP-толық мәселе. Сегізден жоғары максималды дәрежесі бар жазық графтардың барлығы 1-сыныпқа жатады және максималды дәрежесі жеті немесе алтыға тең жазық графтар үшін де солай деп болжанды. Екінші жағынан, максималды дәрежесі екіден беске дейінгі жазық графтар бар, олар 2-сыныпқа жатады. Бұл болжам максималды дәрежесі жетіге тең графтар үшін дәлелденді. Көпірсіз жазық кубтық графтардың барлығы 1-сыныпқа жатады; бұл төрт түстің теоремасының баламалы түрі.

Тұрақты графиктер

K тұрақты графиктің 1-факторлануы, яғни графиктің қабырғаларын толық жұптастырылатын бөліктерге бөлу, графиктің k қабырғасын түстің қатарымен бояумен бірдей. Демек, тұрақты граф 1-факторлануға ие болса, ғана ол 1-сыныпқа жатады. Бұның ерекше жағдайы ретінде, кубтық (3-тұрақты) графтың 3 қабырғасын бояу кейде Тайт бояуы деп аталады. Барлық тұрақты графтардың 1-факторлануы бола бермейді; мысалы, Петерсен графигінде мұндай мүмкіндік жоқ. Көбірек айтқанда, snark-тар Петерсен графигі сияқты, көпірсіз, 3-тұрақты және 2-сыныпқа жататын графтар деп анықталады. Теоремаға сәйкес, кез келген екібөлікті тұрақты графтың 1-факторлануы бар. Бұл теорема бұрын проективті конфигурациялар түрінде айтылған және Эрнст Штайнцицпен дәлелденген.

Мультиграфтар

Көп қатарлы жиектер бірдей екі төбені қоса алатын мультиграфтар үшін Визинг теоремасына ұқсас, бірақ одан әлсіз нәтижелер белгілі, олар жиектің хроматикалық саны 1=χ′(G), ең жоғары дәрежесі Δ(G), және көптігі μ(G), кез келген қатарлы жиектер шоғырындағы ең көп жиектер санымен байланысты. Визинг теоремасы мультиграфтарға жалпыланбайтынын көрсететін қарапайым мысал ретінде Шеннон мультиграфына қарастырайық. Бұл үш төбесі бар мультиграф, және үш жұп төбелерді μ(G) параллель жиектердің үш шоғырымен байланыстырады. Бұл мысалда 1=Δ(G) = 2μ(G) (әр төбе μ(G) параллель жиектердің үш шоғырының екісіне ғана іргелес) бірақ жиектің хроматикалық саны 3μ(G) (барлығы 3μ(G) жиек бар, және кез келген екі жиек іргелес, сондықтан барлық жиектердің бір-біріне әртүрлі түс беру қажет). Визингке әсер еткен нәтижеде, бұл ең нашар жағдай екені көрсетілді: χ′(G) ≤ (3/2)Δ(G) кез келген G мультиграфы үшін. Сонымен қатар, кез келген G мультиграфы үшін χ′(G) ≤ Δ(G) + μ(G), бұл теңсіздік қарапайым графтар жағдайында Визинг теоремасына дейін тоғады (мұнда 1=μ(G) = 1).

Алгоритмдер

Графтың 1-сыныпқа жататынын тексеру мәселесі NP-толық болғандықтан, кез келген графты түстердің ең оңтайлы санымен жиекпен бояуға арналған белгілі бір полиномиалдық уақыт алгоритмі жоқ. Дегенмен, бірқатар алгоритмдер әзірленді, олар осы талаптардың бірін немесе бірнешеуін жеңілдетеді: олар графтардың белгілі бір тобында ғана жұмыс істейді, немесе әрқашан түстердің ең оңтайлы санын қолданбайды, немесе әрқашан полиномиалдық уақытта жұмыс істемейді.

Графиктердің ерекше кластарын оңтайлы бояу

Бипартитті графиктер немесе максималды Δ дәрежесі бар мультиграфиктер үшін түстердің оңтайлы саны дәл Δ-ға тең. көрсеткендей, осы графиктердің оңтайлы жиек бояуы O(m log Δ) уақыт ішінде табылады, мұнда m – графиктегі жиектер саны; қарапайым, бірақ сәл баяу алгоритмдер сипатталған және алгоритм кіріс графигін дәрежесін арттырмай және оның өлшемін едәуір арттырмай тұрақты етуден басталады, бипартицияның бір жағына жататын төбелердің жұбын біріктіріп, содан кейін бірнеше қосымша төбелер мен жиектерді қосады. Егер дәреже тақ болса, Алон жақын сызықтық уақытта бір ғана толық сәйкестікті табады, оған түс тағайындайды және оны графиктен алып тастайды, нәтижесінде дәреже жұп болады. Соңында, Алон байқауын қолданады, графтың Эйлер айналымында жиектердің кезектесіп отыратын жиынтықтарын таңдау оны екі тұрақты подграфқа бөледі, жиек бояу мәселесін екі кіші мәселеге бөледі және оның алгоритмі екі мәселені рекурсивті түрде шешеді. Оның алгоритмінің жалпы уақыты O(m log m) құрайды. Δ ≥ 7 ең жоғары дәрежесі бар жазық графиктер үшін түстердің оңтайлы саны да дәл Δ-ға тең. Δ ≥ 9 деген қатаң болжам болған жағдайда, сызықтық уақытта оңтайлы жиек бояуын табу мүмкін. d тұрақты графиктер үшін, егер олардың жабыстық матрицасының екінші ең үлкен өзіндік мәні (абсолюттік мәнде) d^(1−ε) тең немесе одан кіші болса, d түстердің оңтайлы саны болып табылады.

Түстердің оптималдық санынан көп пайдаланатын алгоритмдер

және кез келген графикті Δ + 1 түспен бояу үшін полиномдық уақыт алгоритмдерін сипаттаңыз, Визинг теоремасымен берілген шектемеге сәйкесіп; Мисра мен Гристің жиек бояу алгоритмін қараңыз. Көпграфтар үшін мына алгоритмді ұсынады, оны олар Илай Упфалға жатқызады. Кіріс көпграфы G-ді әрбір тақ дәрежелі төбесіне жиекпен қосылған жаңа төбе қосу арқылы Эйлерлік етіп жасаңыз, турдың бағытын таңдаңыз. G-дің әрбір төбесіне екі данасы бар, екі бөліктен тұратын H графигін құраңыз, екі бөліктің сол жағындағы u төбесінен оң жағындағы v төбесіне жиек жүргізіңіз, егер бағытталған тур G-де u-ден v-ге жиекке ие болса. H-ге екі бөліктен тұратын графиктің жиектерін бояу алгоритмін қолданыңыз. H-дегі әрбір түс класы G-дегі жиектер жиынтығына сәйкес келеді, олар ең жоғары екі дәрежелі кішіграфты құрайды; яғни, жолдар мен циклдердің жиынтығы, сондықтан H-дегі әрбір түс класы үшін G-де үш түс класын құруға болады. Алгоритм үшін кеткен уақыт екі бөліктен тұратын графиктің жиектерін бояуға кеткен уақытпен шектеледі, O(m log Δ) алгоритмін пайдалану арқылы. Бұл алгоритм қолданатын түстердің саны ең көп дегенде , бірақ Шеннон шекарасынан әлдеқайда төмен. Оны тікелей параллель алгоритм ретінде де жасауға болады. Сол мақалада Карлофф пен Шмойс үш және төрт түспен ең жоғары үш дәрежелі көпграфтарды бояу үшін сызықтық уақыт алгоритмін ұсынады (Шеннон мен Визинг шекараларына сәйкес келеді), ол ұқсас принциптер бойынша жұмыс істейді: олардың алгоритмі графты Эйлерлік ету үшін жаңа төбе қосады, Эйлерлік турды табады, содан кейін турдағы жиектердің кезектесіп орналасқан жиынтығын таңдап, графты ең жоғары екі дәрежелі екі кішіграфқа бөледі. Әрбір кішіграфтың жолдары мен тіпті циклдері әрбір кішіграфқа екі түспен боялуы мүмкін. Осы қадамнан кейін әрбір қалған тақ циклде кем дегенде бір жиек болады, оны қарама-қарсы кішіграфқа жататын екі түстің бірімен бояуға болады. Бұл жиекті тақ циклден алып тастау жолды қалдырады, оны кішіграф үшін екі түспен бояуға болады. Графтың немесе көпграфтың жиектерін бірінен соң бірін қарастыратын, әрбір жиекке бірінші қол жетімді түсті тағайындайтын ашкөз бояу алгоритмі кейде 2Δ - 1 түс қолдануы мүмкін, бұл қажетті түстердің санынан екі есе көп болуы мүмкін. Алайда, оның артықшылығы бар, ол кіріс графигі алдын ала белгіленбеген онлайн алгоритм жағдайында қолданылуы мүмкін; бұл жағдайда оның бәсекеге қабілеттілігі екіге тең, және бұл оңтайлы: басқа ешқандай онлайн алгоритм жақсы нәтижеге қол жеткізе алмайды. Алайда, егер жиектер кездейсоқ ретпен келсе және кіріс графигінің дәрежесі кем дегенде логарифмдік болса, онда кішірек бәсекеге қабілеттілікке қол жеткізуге болады. Бірнеше авторлар кез келген көпграфтың бөлшектік хроматикалық индексі (линейлік бағдарламалауды пайдалана отырып полиномдық уақытта есептеуге болатын сан) хроматикалық индексінен біреуге жуық екенін көрсететін болжамдар жасады. Егер бұл болжамдар дұрыс болса, онда қарапайым графтар үшін Визинг теоремасы арқылы белгілі болғанға сәйкес келетін көпграф жағдайында хроматикалық индекстен ешқашан бірден артық емес санды есептеуге болады. Жалпы дәлелденбегенімен, бұл болжамдар хроматикалық индексі кем дегенде , жеткілікті көптікке ие көпграфтар үшін орындалатыны белгілі.

Нақты алгоритмдер

Графтың жиегі бір немесе екі түспен боялатынын тексеру оңай, сондықтан жиек бояудың алғашқы маңызды жағдайы – графтың 3 жиекпен боялатынын тексеру болып табылады. Көрсетілгендей, тек полиномдық кеңістік пайдаланып, графтың 3 жиекпен боялатынын O(1.344^n) уақытында тексеруге болады. Бұл уақыт шегі экспоненциалды болғанымен, жиектерге түстердің барлық мүмкін нұсқаларын қарапайым іздеуге қарағанда әлдеқайда жылдам. Кез келген екі байланысты 3 рет жүйелді графтың n төбесі бар, және олардың O(2^(n/2)) 3 жиек түсі бар; олардың барлығы O(2^(n/2)) уақытында тізімделуі мүмкін (бір түс табу уақытынан сәл баяу); Грег Куперберг байқағандай, n/2 қабырғалы көпбұрыш үстіндегі призманың графигі Ω(2^(n/2)) түске ие (жоғарғы шекараның орнына төменгі шекара), бұл шекараның нақты екенін көрсетеді. Кіріс графтың сызықтық графигіне төбе бояу үшін дәл алгоритмдерді қолдану арқылы, қажетті түстер санына қарамастан, kез келген m жиегі бар графты 2^m * m^(O(1)) уақытында және экспоненциалдық кеңістікте немесе O(2.2461^m) уақытында және тек полиномдық кеңістікте оңтайлы түрде бояуға болады. Жиек бояу үш түске де NP-толық болғандықтан, түстер санымен параметрленгенде тұрақты параметрлік шешім табу қиын. Алайда, ол басқа параметрлер үшін шешімді. Атап айтқанда, w ағаш ені бар графтар үшін оңтайлы жиек бояуын O(n * w * (6w)^(w(w+1)/2)) уақытында есептеуге болады, бұл шектеу w-ге суперэкспоненциалды түрде, бірақ графтың n төбесінің санына сызықтық түрде байланысты. Олар жиек бояу мәселесін бүтін сандық бағдарлама ретінде құрастырды және жиек бояу графтарын бояу үшін бүтін сандық бағдарлама шешушіні пайдалану тәжірибесін сипаттады. Алайда, олар алгоритмінің күрделігін талдауды жүргізбеді.

Қосымша қасиеттері

Граф егер шеттерін түстер кластарына бөлудің бір ғана жолы болса, түстердің мүмкін пермутацияларын есепке алмай, бірегей k-шетті бояуға ие деп аталады. k ≠ 3 болғанда, бірегей k-шетті боялатын жалғыз графтар – жолдар, циклдар және жұлдыздар. Бірақ 1=k = 3 болғанда, басқа графтар да бірегей k-шетті бояуға ие болуы мүмкін. Кез келген бірегей 3-шетті боялатын графтың дәл үш Гамильтон циклі бар (үш түс класының біреуін жою арқылы құралады), бірақ үш Гамильтон циклі бар және бірегей 3-шетті боялмаған 3-ретті графтар да бар, мысалы, жалпыланған Петерсен графтары G(6n + 3, 2), n ≥ 2. Бірегей 3-шетті боялатын жалғыз белгілі жазық емес граф – жалпыланған Петерсен графтары G(9, 2), және басқа графтар жоқ деп болжанады. m1, m2, m3 сандарының кемімейтін тізбектерін зерттеді, мұнда берілген граф G-нің m1 санындағы бірінші түстің шеттері, m2 санындағы екінші түстің шеттері және т.б. болатын дұрыс шеттік бояуы бар. Егер P тізбегі осы мағынада мүмкін болса және бірдей сомасы бар Q тізбегінен лексикографиялық тәртіп бойынша үлкен болса, онда Q да мүмкін екенін байқады. Егер P > Q лексикографиялық тәртіп бойынша болса, онда P тізбегі Q тізбегіне қадамдар тізбегі арқылы түрлендіріледі, олардың әрқайсысы mi санын бір бірлікке азайтады және i < j сандарымен келесі mj санын бір бірлікке арттырады. Шеттік бояулар тұрғысынан, P-ні іске асыратын бояудан бастап, осы қадамдардың әрқайсысы Кемпе тізбегіндегі i және j түстерін ауыстыру арқылы орындалуы мүмкін, бұл екі түстің арасында ауысатын шеттері бар ең үлкен жол. Атап айтқанда, кез келген графтың тең шеттік бояуы бар, мұнда әр екі түс класының мөлшері ең көп дегенде бір бірлікке өзгешеді. Де Брюйн-Эрдос теоремасы шекті графтардың көптеген шеттік бояу қасиеттерін шексіз графтарға беру үшін қолданылуы мүмкін. Мысалы, Шеннон мен Визинг теоремалары графтың дәрежесі мен оның хроматикалық индексі арасындағы байланысты көрсетеді, екеуі де шексіз графтарға тікелей жалпыланады. Берілген кубтық графтың графиктік суретін табу мәселесін қарастырады, мұнда суреттегі барлық шеттердің үш түрлі еңістің бірі бар және екі шет бір-бірімен бірдей түзуде жатқан жоқ. Егер мұндай сурет болса, онда шеттердің еңісін графтың 3-шеттік бояуындағы түстер ретінде пайдалануға болады. Мысалы, K3,3 пайдалы графигін тұрақты алтыбұрыштың шеттері мен ұзын диагональдары ретінде суретке түсіру графтың 3-шеттік бояуын осылай көрсетеді. Рихтер көрскендей, берілген Таит бояуы бар 3-ретті қарапайым екі жақты граф, егер және тек егер граф 3-шеттік байланысқа ие болса, берілген бояуды көрсететін осы типтегі суретті алады. Екі жақты емес граф үшін жағдай сәл күрделірек: берілген бояуды графтың екі жақты екі жапқышы 3-шеттік байланысқа ие болса және егер шеттердің кез келген монохроматикалық жұбын жою әлі де екі жақты емес кіші графқа әкелсе, сурет арқылы көрсетуге болады. Бұл шарттардың барлығы полиномиалдық уақытта оңай тексеріледі; алайда, 4-шеттік боялған 4-ретті графтың төрт еңістің шеттері бар суреті бар ма, жоқ па, оны тексеру мәселесі нақты сандардың экзистенциалдық теориясы үшін толық, бұл күрделілік класы кем дегенде NP-толықтай қиын. Хроматикалық индекс графтың ең жоғары дәрежесімен және ең жоғары сәйкестік санымен байланысты болумен қатар, G графигінің сызықтық ағашқа ұқсастығы la(G)мен тығыз байланысты, бұл графтың шеттерін бөлінетін сызықтық ормандардың ең аз саны. Сәйкестік – сызықтық орманның ерекше түрі, ал керісінше, кез келген сызықтық орман 2-шеттік боялуы мүмкін, сондықтан әрбір G үшін la(G) ≤ χ′(G) ≤ 2 la(G). Акияманың болжамы (Джин Акияманың есімімен аталған) 2 la(G) − 2 ≤ χ′(G) ≤ 2 la(G) деп мәлімдейді. Ең жоғары үш дәрежелі графтар үшін la(G) әрқашан дәл екіге тең, сондықтан бұл жағдайда χ′(G) ≤ 2 la(G) шегі Визинг теоремасымен берілген шекке сәйкес келеді.

Басқа түрлері

Графтың Тью саны — әрбір екі ұзындығы жұп жолдың бірінші және екінші жартысы әртүрлі түсті тізбектер құрайтындай, жиекті бояуда қажетті түстер саны. Графтың ағашқа ұқсастығы — әр түстің жиектерінде циклдар болмауы үшін қажетті ең аз түстер саны (стандартты жиекті бояу мәселесіндегі көршілес жиектердің болмауынан гөрі). Яғни, графтың жиектерін бөлуге болатын ең аз орман саны. Хроматикалық индекстен айырмашылығы, графтың ағашқа ұқсастығы полиномиалдық уақытта есептелуі мүмкін. Тізімдік жиекті бояу — бұл әр жиегіне түстер тізімі берілген графты табу мәселесі, онда әр жиектің түсі сол жиектің тізімінен алыну керек. G графигінің тізімдік хроматикалық индексі — әр жиегінде кем дегенде k түс болса, түстер тізімі қалай таңдалса да, бояудың мүмкін екендігіне кепілдік беретін ең кіші k саны. Осылайша, тізімдік хроматикалық индекс әрқашан хроматикалық индекстен кем емес. Диництің жартылай Латын шаршыларын толықтыру туралы болжамын толық екі бөлікті графтың тізімдік жиекті хроматикалық саны Kn,n оның жиекті хроматикалық санына тең деген тұжырым ретінде қайта формулиреуге болады, яғни n. Бұл болжамды әр екі бөлікті графта хроматикалық индекс пен тізімдік хроматикалық индекс тең екенін дәлелдеу арқылы шешті. Хроматикалық индекс пен тізімдік хроматикалық индекс арасындағы теңдік, тіпті жалпы алғанда, өзіндік циклдары жоқ кез келген көпграф үшін де орынды деп болжанады; бұл болжам әлі де ашық. Көптеген басқа да кең таралған түйін бояуларының вариациялары жиек бояуларына да кеңейтілді. Мысалы, толық жиекті бояу — толық бояудың жиекті бояу нұсқасы, онда әр түстер жұбы кем дегенде бір көршілес жиектер жұбымен көрсетілуі керек және мақсат — түстердің жалпы санын барынша арттыру. Қатты жиекті бояу — бұл жиекті бояудың нұсқасы, онда көршілес түйіндері бар екі жиектің әр түрлі түсі болуы керек. Қатты жиекті бояу сымсыз желілердегі арналарды бөлу схемаларында қолданылады. Ациклді жиекті бояу — ациклді бояудың жиекті бояу нұсқасы, онда әр екі түс класы ациклді субграфты (яғни орманды) құрайды. Графтың ациклді хроматикалық индексі, деп белгіленеді, — бұл графиканың дұрыс ациклді жиекті бояуы үшін қажетті ең аз түстер саны. Айналымының айналымы кем дегенде болса, ұқсас нәтиже бар. Егер айналымы кем дегенде болса, онда зерттелген 3 жиекті графтардың түстері бар, қосымша қасиеттері бар, екі бихроматикалық цикл бір-бірімен бір жиектен артық бөліспейді. Ол мұндай бояудың бар екендігін графтың үш өлшемді бүтін торда сызылған кескіндемесімен тең екенін көрсетті, оның жиектері координаттық осьтерге параллель және әрбір оське параллель сызық ең көп дегенде екі түйінді қамтиды. Алайда, стандартты 3 жиекті бояу мәселесі сияқты, осы типтегі бояуды табу NP-толық. Толық бояу — бұл түйін және жиекті бояуды біріктіретін түрі, түйіннің және жиектің боялуын талап етеді. Кез келген түйін-жиек жұбы немесе жиек-жиек жұбы әр түрлі түстерде болуы керек, сондай-ақ кез келген екі көршілес түйін де. Визинг теоремасы мен Брукс теоремасын біріктіретін болжам бойынша, кез келген графтың түстер саны ең жоғары дәрежеден екіге артық емес, бірақ бұл әлі дәлелденбеген. Егер беттегі 3 рет тұрақты граф 3 жиекті боялса, оның дуалды графигі беттің үшбұрыштығын құрайды, ол да жиекті боялған (бірақ әдетте дұрыс жиекті боялған емес), әр үшбұрышта әр түстің бір жиегі болады. Үшбұрыштықтың түстерінің орналасуы бойынша немесе бетіндегі басқа жергілікті шектеулермен үшбұрыштықтың басқа бояулары мен бағыттары геометриялық нысандардың бірнеше түрлерін кодтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, тіктөртбұрышты бөлімдерді (кіші тіктөртбұрыштарға тіктөртбұрышты бөлімді бөлу, әр түйінде үш тіктөртбұрыш кездеседі) «турасы таңбалау» арқылы комбинаторлық сипаттауға болады, бұл үшбұрышты бөлімнің екі түсті жиектерінің екі түстелуі, әр түйінге келетін жиектер төрт жалғасқан кіші тізбекті құрайды, олардың әрқайсысында түстер бірдей. Бұл таңбалау тіктөртбұрышты бөлімнің түсіне сәйкес келеді, онда тік жиектердің бір түсі, ал көлденең жиектердің екінші түсі болады. Түсті жиектердің түйіннің айналасында пайда болу реті бойынша ұқсас жергілікті шектеулер жазық графтардың және оське параллель қабырғалары бар үш өлшемді полиэдрлердің түзу сызықты торға енгізілуін кодтау үшін де пайдаланылуы мүмкін. Осы үш типті тұрақты таңбалаулардың әрқайсысы үшін белгілі бір графтың тұрақты таңбалаулар жиыны таратушы тор құрайды, оны бірдей қаңқаға негізделген барлық геометриялық құрылымдарды жылдам тізімдеу үшін немесе қосымша шектеулерді қанағаттандыратын құрылымдарды табу үшін пайдалануға болады. Детерминистік автоматты бағытталған граф ретінде қарастыруға болады, онда әр түйіннің бірдей шығу дәрежесі d болады және жиектер d түске боялған, әрбір бірдей бастапқы түйінге екі жиек әртүрлі түстерде болады. Жолдық бояу мәселесі — бұл біртекті шығу дәрежелері бар бағытталған графтың жиектерін бояу мәселесі, нәтижедегі автомат синхронизациялық сөзді қамтиды. Бұл мәселені шешті, егер берілген граф күшті байланысты және апериодты болса, мұндай бояу табуға болады. Рэмси теоремасы үлкен толық граф Kn жиектерін k түске бояу мәселесіне қатысты, монохроматты толық субграфтарды Ks белгілі бір өлшемде s жасаудан аулақ болуға қатысты. Теоремаға сәйкес, Rk(s) саны бар, егер n ≥ R(s) болса, мұндай бояу мүмкін емес. Мысалы, 1=R2(3) = 6, яғни K6 графигінің жиектері 2 түске боялса, монохроматты үшбұрыш болады. Жиекті боялған графтағы жол — егер онда түс қайталанбаса, оны рауан жол деп атайды. Егер кез келген екі түйін арасында рауан жол болса, граф рауан боялған деп айтылады. Графтың G жиекті бояуы 1. . t интервалы t бояуы — барлық түстер қолданылса және G түйініне келетін жиектердің түстері әртүрлі болып, бүтін сандар аралығын құрайды.

Қолданбалар

Толық графиктердің жиектерін график түстерімен аяқталу кезеңін мүмкіндігінше аз раундқа бөлу үшін пайдалануға болады, осылайша әрбір бәсекелес жұбы бір раундта бір-бірімен ойнайды; Бұл қолданыста, графиктің төбелері турнирдегі бәсекелестерге сәйкес келеді, жиектері – ойындарға, ал жиек түстері – ойындар өтетін раундтарға. Осындай түсіру техникаларын басқа спорттық жұптастыруларды жоспарлау үшін де қолдануға болады, мысалы, Ұлттық футбол лигасының командаларының бір-бірімен ойнайтын жұптары өткен жылғы көрсеткіштеріне сүйеніп анықталады, содан кейін жұптастырулар жиынтығынан құралған графқа жиек түсін қолдану арқылы олар ойнайтын демалыс күндеріне ойындар тағайындалады. Бұл қолданыс үшін Визинг теоремасы, қандай жұптасулар таңдалғанына қарамастан (бір маусымда екі команда бір-бірімен ойнамаса), командаға арналған ойындар санынан көп емес бір демалыс күнін пайдаланатын кесте табу әрқашан мүмкін екенін көрсетеді. Ашық цехты жоспарлау – өндіріс процестерін жоспарлау мәселесі, онда өндірілетін объектілер жиынтығы бар, әрбір объектіде орындалатын міндеттер жиынтығы бар (кәз келген тәртіппен), және әрбір міндет нақты машинада орындалуы керек, сол машинаны қажет ететін басқа міндеттің бір уақытта орындалуына жол бермейді. Егер барлық міндеттердің ұзақтығы бірдей болса, онда бұл мәселені екі бөлікті мультиграфтың жиектерін түсіру ретінде формалдауға болады, онда екі бөліктің бір жағындағы төбелер өндірілетін объектілерді, екінші жағындағы төбелер – өндіріс машиналарын, жиектер – орындалуы тиіс міндеттерді, ал түстер – әрбір міндетті орындауға болатын уақыт кезеңдерін көрсетеді. Екі жақты жиек түсіру полиномиалдық уақытта орындала алатындықтан, бұл ашық цехты жоспарлаудың шектеулі жағдайына да қатысты. Сенсорлық желілердегі көптеген қол жетімділік желілерінің байланыс протоколдары үшін уақытты бөлу мәселесі жиек түсірудің бір түрі ретінде зерттеледі. Бұл мәселеде, желідегі әрбір түйін, араласпай, әрбір көрші түйінмен байланыса алуы үшін, сымсыз байланыс желісінің жиектері үшін уақыт аралықтарын таңдау қажет. Қатты жиек түсіруді қолдану (әр жиек түсі үшін екі уақыт аралығы, әр бағыт үшін біреу) мәселені шешеді, бірақ қажеттен артық уақыт аралықтарын қолдануы мүмкін. Оның орнына, олар желідегі әрбір бағытталмаған жиекті екі еселеу арқылы құрылған бағытталған графты түсіруге тырысады, мұнда әрбір бағытталған uv жиегінің v-ден және v-нің көршілерінен шығатын жиектерден өзге түсі болады. Олар осы мәселеге арналған таратылған алгоритмге негізделген эвристиканы ұсынады (Δ + 1) жиек түсіруімен бірге, бір-бірімен араласуы мүмкін жиектерді қайта жоспарлайтын кейін өңдеу кезеңімен. Оптикалық талшықты байланыста, жолды түсіру мәселесі – бір-бірімен байланыс құруға ниеттенген түйіндер жұбына түстерді (жарық жиіліктерін) және әрбір жұп үшін оптикалық талшықты байланыс желісі арқылы жолдарды тағайындау мәселесі, мұнда талшықтың бір бөлігін бөлісетін екі жол бір-бірімен бірдей жиілікті пайдаланбауы керек. Бір байланыс коммутаторынан өтетін, бірақ талшықтың бөлігі арқылы өтпейтін жолдарға бірдей жиілікті пайдалануға рұқсат етіледі. Егер байланыс желісі жұлдыз тәрізді желі ретінде құрылған болса, әрбір түйінге жеке талшықтармен қосылған бір орталық коммутатормен, жолды түсіру мәселесін дәл графты немесе мультиграфты түсіру мәселесі ретінде модельдеуге болады, онда байланыс түйіндері графтың төбелерін құрайды, байланыс құруға ниеттенген түйіндер жұбы графтың жиектерін құрайды, ал әрбір жұп үшін қолданылатын жиіліктер жиек түсіру мәселесінің түстерін құрайды. Көбінесе ағаш тәрізді топологиясы бар байланыс желілері үшін, желідегі әрбір коммутатормен анықталған жұлдыз желілері үшін жергілікті жолды түсіру шешімдерін біріктіру арқылы жалғыз жаһандық шешім құруға болады.

Ашық мәселелер

Шекара бояуына қатысты 23 ашық мәселенің тізімі. Олардың ішінде: Хроматикалық индекс пен бөлшек индекс бір-біріне бір қадам жақын болады деген болжам, бұл хроматикалық индексті бір түспен полиномиалдық уақытта жуықтауға мүмкіндік береді. Якобсеннің және басқалардың шекара бояуы үшін маңызды графтардың құрылымы туралы бірнеше болжамдары, яғни 2-сыныпқа жататын графтар, кез келген кіші графтың максималды дәрежесі кішірек немесе 1-сыныпқа жатады. Якобсен бастапқыда барлық маңызды графтардың жұп емес түйіндері бар деп болжаған, бірақ бұл кейіннен жоққа шығарылды. Осы болжамды әлсірететін немесе маңызды графтар мен маңызды көпграфтардың түйіндерінің санын шектейтін бірнеше басқа болжамдар әлі де ашық күйде. Визингтің 2-сыныпты жазық графтар үшін мүмкін болатын максималды дәрежелерді жіктеу мәселесі. А. Дж. В. Хилтонның «артық толы кіші граф» болжамы, яғни кем дегенде n/3 дәрежесі бар графтар 1-сыныпқа жатады немесе бастапқы графпен бірдей Δ дәрежесі бар және k тақ санындағы түйіндері бар кіші графты қамтиды, сонда кіші графтың қабырғаларының саны Δ(k − 1)/2-ден үлкен, және Герберт Гротцш пен Пол Сеймурдың жоғары дәрежелі графтардың орнына жазық графтарға қатысты ұқсас болжамы. Аманда Четвинд пен Энтони Хилтонның (мүмкін, Габриэль Эндрю Дирактың еңбектеріне ертерек қарайтын) тұжырымы бойынша, жұп саны n түйіндері бар және кем дегенде n/2 дәрежесі бар тұрақты графтар 1-сыныпқа жатады. Клод Берж бен Д. Р. Фулкерсонның болжамы бойынша, 3-тұрақты қарапайым графтың әр қабырғасын екі еселеу арқылы құрылған 6-тұрақты көпграфты алты түспен бояуға болады. Фиорини мен Уилсонның болжамы бойынша, K1,3 «тырнағынан» басқа кез келген үшбұрышсыз жазық граф 3-қабырғамен бірегей түрде боялмайды. 2012 жылғы болжам бойынша, егер G d-тұрақты жазық көпграф болса, онда G d-қабырғамен боялған түске ие, егер және тек қана G d-қабырғамен байланысты болса. Бұл болжам d=3 болғанда туындайтын төрт түсті теореманың жалпылауы болып табылады. Мария Чудновская, Кэтрин Эдвардс және Пол Сеймур 8-тұрақты жазық көпграфтың шеттік хроматикалық саны 8 екенін дәлелдеді.