Кіріспе

Матроидтардың математикалық теориясында графикалық матроид (немесе цикл матроид, көпбұрыш матроид деп те аталады) – тәуелсіз жиындары берілген шекті бағытталмаған графтың ормандарынан тұратын матроид. Графикалық матроидтардың дуалдық матроидтары кографикалық матроидтар немесе байланыс матроидтары деп аталады. Графикалық және кографикалық матроид кейде жазық матроид деп аталады (бірақ оны жазық нүктелік конфигурацияларды жалпылайтын 3-ші дәрежелі матроидтармен шатастырмау керек); мұндай матроидтар жазық графтардан құрылған графикалық матроидтардың өзі болып табылады.

Анықтама

Матроидты шекті жиынтықтардың отбасы ретінде анықтауға болады (бұл жиынтықтар матроидтың "тәуелсіз жиынтықтары" деп аталады), ол кіші жиынтықтар бойынша жабық және "алмасу қасиетін" қанағаттандырады: егер екі жиынтық тәуелсіз болса және біріншісі екіншісінен үлкен болса, онда тәуелсіздігін сақтайтын элемент табылады. Егер - бағытталмаған граф, ал - графтың орман құрайтын жиектер жиынтығы болса, онда ол кіші жиынтықтар бойынша жабық болады (орманнан жиектерді алып тастау басқа орманды қалдырады). Ол сондай-ақ алмасу қасиетін қанағаттандырады: егер екі жиынтық – және – орман болса және біріншісінде екіншісінен көп жиек болса, онда оның байланысқан компоненттерінің саны азаяды, сондықтан "көгершін принципі" бойынша, екі немесе одан көп компоненттің төбелерін қамтитын компонент табылады. - графының бір компонентінен екінші компонентіне дейінгі кез келген жол бойында екі компонентке тиесілі нүктелері бар жиек болуы керек, және осы жиекті қосу арқылы көбірек жиектері бар орман жасауға болады. Осылайша, жиектер жиынтығы матроидтың тәуелсіз жиынтығын құрайды, оны графтық матроид деп атайды немесе жалпырақ айтқанда, матроид графтың графтық матроидына изоморфты болғанда графтық деп аталады, оның элементтері графтың жиектері болып табыса да, болмаса да.

Өкілдік

Графиктің графикалық матриоды кез келген бағдарланған түсу матрицасының бағана матриоды ретінде анықталуы мүмкін. Мұндай матрицаның әр төбесіне бір жол, әр қабырғасына бір баған болады. Қабырғаға арналған бағанның бір ұшы үшін жолда, екінші ұшы үшін жолда және басқа жерде нөл болады; қай белгіні қай ұшқа таңдау кездейсоқ. Бұл матрицаның бағаналық матриодының тәуелсіз жиыны – бағандардың сызықтық тәуелсіз кіші жиыны. Егер қабырғалар жиынтығында цикл болса, онда тиісті бағандар (қажет болса, цикл бойынша қабырғаларды қайта бағыттау үшін көбейтіледі) нөлге тең болады және тәуелсіз емес. Керісінше, егер қабырғалар жиынтығы орман құраса, онда осы орманнан бірнеше рет жапырақтарды алып тастау арқылы тиісті бағандар жиынтығы тәуелсіз екенін индукция арқылы көрсетуге болады. Сондықтан, бағана матрицасы изоморфты болады. Бұл әдіс графикалық матриодтарды бейнелеуге арналған, ол түсу анықталатын өріске қарамастан жұмыс істейді. Сондықтан графикалық матриодтар – тұрақты матриодтардың кіші жиынтығын құрайды, яғни барлық мүмкін өрістерде бейнеленген матриодтар. Олардың алғашқы үшеуі – тұрақты матриодтар үшін тыйым салынған кіші матриодтар, ал олардың дуалдары тұрақты, бірақ графикалық емес. Егер матриод графикалық болса, оның дуалы ("қоса графикалық матриод") осы бес тыйым салынған кіші матриодтардың дуалдарын қамтуы мүмкін емес. Осылайша, дуал да тұрақты болуы керек және екі графикалық матриодты кіші деп қамтуы мүмкін емес, немесе сызықтық уақытта, егер қабырға салмағы кіші бүтін сандар болып табылатын есептеу моделінде және олардың екілік бейнелеулерінде биттік операцияларға рұқсат етілсе. Детерминистік алгоритм үшін дәлелденген ең жылдам белгілі уақыт шегі сәл сызықтықтан асып түседі. Бірнеше авторлар берілген матриодтың графикалық екенін тексеру алгоритмдерін зерттеді. Мысалы, алгоритм осы мәселені кіріс бінарлық матриод деп танылған кезде шешеді. Бұл мәселе кез келген матриодтар үшін шешіледі, матриодқа тек тәуелсіздік оракулы арқылы қол жетімділік беріледі, яғни берілген жиынның тәуелсіз немесе тәуелсіз еместігін анықтайтын кіші программа арқылы.

Матроидтардың сабақтас кластары

Матроидтардың кейбір кластары белгілі графтар отбасыларынан анықталды, осы графтардың сипаттамасын матроидтар үшін жалпылама түсінікті терминдермен беру арқылы. Олардың ішінде екібөлікті матроидтар бар, онда әрбір цикл жұп болады, және Эйлер матроидтары, оларды байланыссыз циклдарға бөлуге болады. Графикалық матроид екібөлікті болса, ғана ол екібөлікті графтан шығады, ал графикалық матроид Эйлерлік болса, ғана ол Эйлерлік графтан шығады. Графикалық матроидтардың ішінде (және жалпы алғанда, бинарлық матроидтардың ішінде) осы екі класс дуалды болып табылады: графикалық матроид екібөлікті болса, ғана оның дуалды матроиды Эйлерлік болады, және графикалық матроид Эйлерлік болса, ғана оның дуалды матроиды екібөлікті болады. Графикалық матроидтар – бір өлшемді қатаңдық матроидтары, олар кездесетін төбелерінде еркін айнала алатын қатаң сәулелердің құрылымдарының еркіндік дәрежесін сипаттайтын матроидтар. Бір өлшемде мұндай құрылымның еркіндік дәрежесі байланысқан компоненттерінің санына тең (матроидтық рангдан кем төбелер саны), ал жоғары өлшемдерде n төбелі d өлшемді құрылымның еркіндік дәрежесі dn минус матроидтық рангқа тең. Екі өлшемді қатаңдық матроидтарында Ламан графтары графикалық матроидтардағы жайылған ағаштардың атқаратын рөлін атқарады, бірақ екі өлшемнен жоғары өлшемдердегі қатаңдық матроидтарының құрылымы толыққанды түсініксіз.