Введение

В теории графов граф называется псевдослучайным, если он подчиняется определенным свойствам, которые подчиняются случайным графам с высокой вероятностью. Конкретного определения псевдослучайности графов нет, но существует много разумных характеристик псевдослучайности, которые можно рассмотреть. Псевдослучайные свойства впервые были официально рассмотрены Эндрю Томассоном в 1987 году. Он определил условие, называемое "смешанностью": граф, как говорят, смешан для реального и с если для каждого подмножества множества вершин , где число краев среди (эквивалентно, число краев в подграфе, индуцированных множеством вершин). Можно показать, что случайный график Эрдоша-Рени почти наверняка перепутан. Однако графики с менее равномерно распределенными краями, например, график на вершинах, состоящий из вершины полного графа и полностью независимых вершин, не перемешаны для любого небольшого , что делает перемешаность разумным количественным показателем для "случайных" свойств распределения краев графа.

Связь с местными условиями

Томассон показал, что условие "сброшенного" подразумевается более простым условием проверки, только в зависимости от кодеграду двух вершин, а не от каждого подмножества множества вершин графа. Позволяя быть числом общих соседей двух вершин и , Томассон показал, что, если дается график на вершинах с минимальной степенью , если для каждого и , то перемешано. Этот результат показывает, как алгоритмически проверить состояние путаницы в полиномиальном времени в количестве вершин, и может быть использован для показа псевдослучайности конкретных графиков.

Связь с регулярностью графа

Концепция графов, которые действуют как случайные графы, тесно связана с концепцией регулярности графов, используемой в лемме регулярности Шемереди. Для , пара множеств вершин называется регулярной, если для всех подмножеств , она утверждает, что где обозначает плотность краев между и : число краев между и делится на Это условие предполагает двухсторонний аналог условия несоответствия, и по сути утверждает, что краи между и ведут себя "случайным образом". Кроме того, Миклош Симоновиц и Вера Т. Сос в 1991 году показали, что граф удовлетворяет вышеуказанным условиям слабой псевдослучайности, используемым в теореме Чунга-Грэма-Уилсона, если и только если он обладает разделом Шемереди, где почти все плотности близки к плотности краев всего графа.

Аналоги теоремы Чжунга, Грэма и Уилсона

Теорема Чжунга Грэма Уилсона, в частности, подразумевает подсчет подграфов из расхождения, не следует для последовательностей графов с плотностью краев, приближающейся к , или, например, для обычного случая регулярных графов на вершинах, как следующие редкие аналоги расхождения и собственных граничащих условий обычно рассматриваются: Незначительное расхождение: для любых подмножек множества вершин , количество краев между и находится в пределах ограниченного собственного значения: Если собственные значения матрицы смежности , то, как правило, верно, что это собственное условие подразумевает соответствующее расхождение, но обратное условие не верно: несовместное соединение случайного большого регулярного графа и полного вершины графа имеет точно два собственных значения свойства, но, вероятно, удовлетворяет расхождению. Однако, как доказали Дэвид Конлон и Юфэй Чжао в 2017 году, небольшие варианты расхождения и условий собственных значений для регулярных графиков Кейли эквивалентны линейному масштабированию в одном направлении, это следует из леммы смешивания экспандеров, в то время как другое требует предположения, что график является графиком Кейли и использует неравенство Гротендика.

Связь с теоремой Грин-Тао

Псевдослучайные графики играют заметную роль в доказательстве теоремы Грин-Тао. Теорема доказана путем переноса теоремы Сземереди, утверждения о том, что набор положительных целых чисел с положительной естественной плотностью содержит произвольно длинные арифметические прогрессии, в разреженную настройку (поскольку простые числа имеют естественную плотность в целых числах). Переход к редким множествам требует, чтобы множества вели себя псевдослучайно, в том смысле, что соответствующие графики и гиперграфики имеют правильные плотности подграфов для некоторого фиксированного множества небольших (гипер) подграфов. Затем показано, что подходящее супермножество простых чисел, называемое псевдопростыми, в котором простые числа плотно, подчиняется этим условиям псевдослучайности, завершая доказательство.