Введение

Теорема о окрашивании графовых краев В теории графов теорема Визинга гласит, что каждый простой ненаправленный граф может быть окрашен краем с использованием количества цветов, которые максимум на один больше максимальной степени Δ графа. По крайней мере, Δ цвета всегда необходимы, поэтому ненаправленные графики можно разделить на два класса: "класс один" графики, для которых Δ цвета достаточно, и "класс два" графики, для которых Δ + 1 цвета необходимы. Более общая версия теоремы Визинга гласит, что каждый ненаправленный мультиграф без петлей может быть окрашен как минимум Δ+μ цветами, где μ - это множественность мультиграфа. Теорема названа в честь Вадима Г. Визинга, который опубликовал её в 1964 году.

Открытие

Теорема, открытая русским математиком Вадимом Г. Визингом, была опубликована в 1964 году, когда Визинг работал в Новосибирске, и стала известна как теорема Визинг. Индийский математик Р. П. Гупта самостоятельно открыл теорему, занимаясь докторантурой (1965 1967).

Примеры

Когда 1=Δ = 1, сам график G должен быть совпадающим, без двух смежных краев, и его краевое хроматическое число равно 1. То есть все графики с 1=Δ(G) = 1 относятся к классу 1. Когда 1=Δ = 2, график G должен быть разъединенным союзом путей и циклов. Если все циклы равны, они могут быть окрашены в два края, чередуя два цвета вокруг каждого цикла. Однако, если существует по крайней мере один нечетный цикл, то не может быть возможной окраска 2 краев. То есть, график с 1=Δ = 2 является классом один, если и только если он двусторонний.

Классификация графиков

Несколько авторов предоставили дополнительные условия, которые классифицируют некоторые графики как принадлежащие к классу один или класс два, но не обеспечивают полную классификацию. Например, если вершины максимальной степени Δ в графике G образуют независимое множество, или более широко, если индуцированный подграфик для этого множества вершин является лесом, то G должен быть класса один. показал, что почти все графики являются классом один. То есть, в модели случайных графов Эрдоша-Рени, в которой все n графов вершин одинаково вероятны, пусть p ((n) будет вероятностью того, что граф n вершин, извлеченный из этого распределения, является классом один; затем p ((n) приближается к одному в пределе, когда n идет к бесконечности. Более точные границы скорости, с которой p (n) сближается с единицей, см.

Графики на неплоских поверхностях

В 1969 году Бранко Грунбаум предположил, что каждый третий регулярный график с полиэдрическим встроением на любом двумерном ориентированном многообразии, таком как торус, должен быть класса один. В этом контексте полиэдрическое встраивание - это встраивание графа таким образом, что каждое лицо встраивания является топологически диском и таким образом, что двойной график встраивания прост, без самостоятельных петлей или множественных смежностей. Если это правда, то это будет обобщением теоремы о четырех цветах, которая, как показал Тайт, эквивалентна утверждению о том, что 3 регулярных графа с полиэдрическим встроением на сфере являются классом один. Однако, показал, что догадка была ложной, найдя снарки, которые имеют многогранные встраивания на высоких родовых ориентируемых поверхностях. На основе этой конструкции он также показал, что NP-полностью можно определить, является ли многогранно встроенный граф классом один.

Алгоритмы

описывать алгоритм полиномиального времени для окрашивания краев любого графа цветами Δ + 1, где Δ - максимальная степень графа. То есть алгоритм использует оптимальное количество цветов для графиков второго класса и использует максимум один цвет больше, чем необходимо для всех графиков. Их алгоритм следует той же стратегии, что и оригинальное доказательство теоремы Визинга: он начинается с нецветного графа, а затем неоднократно находит способ перекрасить график, чтобы увеличить количество цветных краев на один. Более конкретно, предположим, что uv - это нецветный край в частично цветном графе. Алгоритм Мисры и Грис можно интерпретировать как построение направленного псевдолесса P (графа, в котором каждая вершина имеет не более одного исходящего края) на соседях u: для каждого соседнего p u алгоритм находит цвет c, который не используется ни одним из краев, приходящих к p, находит вершину q (если она существует), для которой край uq имеет цвет c, и добавляет pq в качестве края к P. Есть два случая: если псевдолес P, построенный таким образом, содержит путь от v до вершины w, у которой нет исходящих краев в P, то есть цвет c, который доступен как в u, так и в w. Перецвет краев цвет c позволяет сместить остальные краины краев на один шаг по этому пути: для вершины p в верхнем углу, каждый край, который ранее использовался p, принимает цвет в пути преемника. Это приводит к новой окраске, которая включает краю ультрафиолетового излучения. Если, с другой стороны, путь, начинающийся с v в псевдолессе P, ведет к циклу, пусть w будет соседом u, в котором путь присоединяется к циклу, пусть c будет цветом края uw, и пусть d будет цветом, который не используется ни одним из краев на вершине u. Затем переключение цветов c и d на цепи Кемпе либо нарушает цикл, либо краю, на котором путь соединяется с циклом, что приводит к предыдущему случаю. С помощью некоторых простых структур данных для отслеживания цветов, которые используются и доступны на каждой вершине, конструкция P и шаги реколорирования алгоритма могут быть реализованы в течение времени O ((n), где n - количество вершин в входном графике. Поскольку эти шаги необходимо повторить m раз, при каждом повторении количество цветных краев увеличивается на один, общее время составляет O ((mn). В неопубликованном техническом отчете утверждалось, что более быстрое время связано с той же проблемой окрашивания с Δ + 1 цветами.

История

В обоих и , Визинг упоминает, что его работа была мотивирована теоремой, показывающей, что мультиграфы могут быть окрашены как минимум (3/2) Δ цветов. Хотя теорема Визинга теперь является стандартным материалом во многих учебниках по теории графов, Визингу поначалу было трудно опубликовать результат, и его статья по ней появилась в малоизвестном журнале Diskret. Анализ.