Кіріспе
Қиылыспайтын граф, мұнда төбелері сыртқы бетте орналасқан. Графтар теориясында, сыртқы жазықтық граф – бұл жазықтық сызбасы бар граф, онда барлық төбелер сызбаның сыртқы бетіне тиесілі. Сыртқы жазықтық графтарды (жазық графтар үшін Вагнер теоремасына ұқсас) екі тыйым салынған кіші графтар K4 және K2,3 немесе олардың Колин де Вердьере графигі инварианттары арқылы сипаттауға болады. Олар екі байланысты болса ғана Гамильтондық циклға ие, онда сыртқы бет бірегей Гамильтондық цикл құрайды. Кез келген сыртқы жазықтық графты 3 түспен бояуға болады, ал оның дегенерациясы мен ағаш ені 2-ден аспайды. Сыртқы жазықтық графтар – жазық графтардың, тізбекті-параллель графтардың және шеңберлік графтардың ішкі жиыны болып табылады. Сыртқы жазықтықты сақтай отырып, оған қосымша қабырғалар қосу мүмкін болмайтын максималды сыртқы жазықтық графтар, сонымен қатар хордалық графтар мен көру графтары болып табылады.
In graph theory, an outerplanar graph is a graph that has a planar drawing for which all vertices belong to the outer face of the drawing. Outerplanar graphs may be characterized (analogously to Wagner's theorem for planar graphs) by the two forbidden minors K4 and K2,3, or by their Colin de Verdière graph invariants. They have Hamiltonian cycles if and only if they are biconnected, in which case the outer face forms the unique Hamiltonian cycle. Every outerplanar graph is 3 colorable, and has degeneracy and treewidth at most 2. The outerplanar graphs are a subset of the planar graphs, the subgraphs of series–parallel graphs, and the circle graphs. The maximal outerplanar graphs, those to which no more edges can be added while preserving outerplanarity, are also chordal graphs and visibility graphs.
Тарих
Сыртқы жазықтық графиктерді алғаш рет , негіздік графиктің екі данасын толық сәйкестік арқылы қосу арқылы құрылған графиктердің жазықтығын анықтау мәселесіне байланысты зерттеді және осылай атады (мысалы, көптеген жалпыланған Петерсен графиктер осылайша циклдық графиктің екі данасынан жасалады). Олар көрсеткендей, егер негіздік график екі байланысты болса, осылай құрылған график жазықтық болады, егер және тек қана оның негіздік графигі сыртқы жазықтық болса және сәйкестік оның сыртқы циклінің диэдрлік өрнегін құраса. Шартран мен Харари сыртқы жазықтық графиктер үшін Куратовский теоремасының аналогын да дәлелдеді: граф сыртқы жазықтық болады, егер және тек қана ол K4 немесе K2,3 графиктерiнiң бiреуiнiң бөлiнiсiн қамтымаса.
Анықтама және сипаттама
Сыртқы жазықтық граф – жазықтықта қиылыстарсыз салынатын, барлық төбелері сызбаның шексіз бетінде жататын бағытталмаған граф. Яғни, ешбір төбе шеттермен толығымен оралынбаған. Басқаша айтқанда, G графигі сыртқы жазықтық граф болып есептеледі, егер G графигіне барлық басқа төбелерге жалғастырылатын бір жаңа төбе қосылғанда, нәтижедегі граф жазықтық граф болатын болса. Максималды сыртқы жазықтық граф – сыртқы жазықтық қасиетін сақтай отырып, оған қосымша шеттер қосыла алмайтын сыртқы жазықтық граф. n төбесі бар әрбір максималды сыртқы жазықтық графтың дәл 2n – 3 шеті болады, ал максималды сыртқы жазықтық графтың әрбір шектелген беті үшбұрыш болып табылады.
Тыйым салынған графиктер
Сыртқы жазықтық графиктер Куратовский теоремасы мен жазық графиктер үшін Вагнер теоремасына ұқсас, тыйым салынған графиктер арқылы сипатталады: граф сыртқы жазықтық болады, егер және тек қана ол толық K4 графигінің немесе толық K2,3 екі бөлікті графигінің бөлінісін қамтымаса. Басқаша айтқанда, граф сыртқы жазықтық болады, егер және тек қана ол K4 немесе K2,3 графиктерін қабылдамаса, яғни оның қабырғаларын жою және қысқарту арқылы алынған граф болмаса. Үшбұрышсыз граф сыртқы жазықтық болады, егер және тек қана ол K2,3 графигінің бөлінісін қамтымаса. Жалпы алғанда, сыртқы жазықтық графиктегі ең ұзын циклдың ұзындығы оның ең үлкен екі байланысқан компонентіндегі төбелер санына тең. Осы себепті, сыртқы жазықтық графиктердегі Гамильтон циклдарын және ең ұзын циклдарды табу, кездейсоқ графиктер үшін осы мәселелердің NP-толықтығына қарамастан, сызықтық уақытта шешуге болады. Кез келген максималды сыртқы жазықтық граф Гамильтондықтан да күшті шартты қанағаттандырады: ол түйін панциклдік, яғни графтың үштен бастап төбелер санына дейінгі аралықтағы әрбір v және k үшін, v-ны қамтитын k ұзындығындағы цикл бар. Мұндай циклды, алынып тасталған төбе v емес, және қалған графтың сыртқы бетінің ұзындығы k болғанға дейін, графтың қалған бөлігіне бір қабырғамен жалғасқан үшбұрышты қайта-қайта жою арқылы табуға болады. Жазық граф сыртқы жазықтық болады, егер және тек қана оның барлық екі байланысқан компоненттері сыртқы жазықтық болса.
A planar graph is outerplanar if and only if each of its biconnected components is outerplanar.
Түстеу
Барлық бұрандасыз сыртқы жазықтық графтарды тек үш түс қолданып бояуға болады; бұл факт Чваталдың өнер галереясы теоремасының оңайлатылған дәлелінде маңызды рөл атқарады. Үш түсті бояу сызықтық уақытта ашкөз бояу алгоритмі арқылы табылады, ол ең көп дегенде екі дәрежелі кез келген төбесін жояды, қалған графикті рекурсивті түрде болайды, содан кейін жойылған төбеге оның екі көршісінің түсінен өзгеше түс қосады. Визинг теоремасына сәйкес, кез келген графтың хроматикалық индексі (екі іргелес қабырғаның түсі бірдей болмауы үшін оның қабырғаларын бояуға қажетті түстердің ең аз саны) графтың ең жоғары дәрежесіне тең немесе одан бірге жоғары болады. Дегенмен, байланысқан сыртқы жазықтық графтарда хроматикалық индекс ең жоғары дәрежеге тең, егер граф тақ ұзындықтағы цикл құраса басқа. Түстердің оңтайлы санымен қабырғаны бояу сызықтық уақытта әлсіз дуалды ағаштың ендік бірінші аралауына негізделген кезде табылады. Сыртқы жазықтық графтардың ағаш ені ең көп дегенде екіге тең, бұл кез келген графтар үшін NP-толық болатын көптеген графтарды оңтайландыру мәселелерін, егер кіріс сыртқы жазықтық болса, динамикалық бағдарламалау арқылы полиномиалдық уақытта шешуге болады дегенді білдіреді. Жалпы алғанда, k сыртқы жазықтық графтардың ағаш ені O(k) құрайды. Кез келген сыртқы жазықтық графты жазықтықта осьтерге параллель тіктөртбұрыштардың қиылысу графы ретінде бейнелеуге болады, сондықтан сыртқы жазықтық графтардың ең көп дегенде екі боксшылдығы бар.
Графтардың туысқан отбасылары
Әрбір сыртқы жазықтық график – жазықтық график. Әрбір сыртқы жазықтық график сонымен қатар қатар-параллель графиктің ішкі графигі болып табылады. Дегенмен, барлық жазық қатар-параллель графиктер сыртқы жазықтық бола бермейді. K2,3 толық екібөлікті графигі жазық және қатар-параллель, бірақ сыртқы жазықтық емес. Керісінше, K4 толық графигі жазық, бірақ қатар-параллель де, сыртқы жазықтық та емес. Кез келген орман және кез келген кактус графигі сыртқы жазықтық болып табылады. Сыртқы жазықтыққа енгізілген графиктің әлсіз жазықтық қос графигі (енгізілімінің әрбір шектелген беті үшін бір төбе және жанындағы шектелген беттердің әрбір жұбы үшін бір қабырға бар) – орман, ал Халин графигінің әлсіз жазықтық қос графигі – сыртқы жазықтық график. Жазық график сыртқы жазықтық болады, егер және ғана егер оның әлсіз қос графигі орман болса, ал ол Халин графигі болады, егер және ғана егер оның әлсіз қос графигі екі байланысты және сыртқы жазықтық болса. Сыртқы жазықтықтың дәрежесі деген ұғым бар. График үшін 1 сыртқы жазықтыққа енгізілуі сыртқы жазықтыққа енгізілумен бірдей. k > 1 үшін, егер сыртқы бетіндегі төбелер алынып тасталса, онда (k - 1) сыртқы жазықтыққа енгізілуі k сыртқы жазықтық деп аталады. Егер графтың k сыртқы жазықтыққа енгізілуі болса, онда граф k сыртқы жазықтық болады. Сыртқы 1 жазықтық графигі, 1 жазықтық графиктерге ұқсас, диск ішінде, дискінің шекарасындағы төбелермен және әр қабырға үшін ең көп дегенде бір қиылыспен салынуы мүмкін. Кез келген максималды сыртқы жазықтық график – хордалық график. Кез келген максималды сыртқы жазықтық график қарапайым көпбұрыштың көру графигі болып табылады. Максималды сыртқы жазықтық графиктер көпбұрыштың үшбұрыштарының графиктері ретінде де құрылады. Олар 2 ағаш, қатар-параллель графиктер және хордалық графиктердің мысалдары болып табылады. Кез келген сыртқы жазықтық график – шеңберлік график, шеңбердің хордалары жиынтығының қиылысу графигі.