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独立集:设
S
⊆
V
(
G
)
S \subseteq V(G)
S⊆V(G),若
S
S
S 中任意两个顶点在
G
G
G 中都不相邻,即
G
[
S
]
G[S]
G[S] 是空图,则称顶点子集
S
S
S 是
G
G
G 的一个顶点独立集,简称独立集。
团:若
S
S
S 中任何两个相异顶点都相邻,则称
S
S
S 为团。
含有
k
k
k 个顶点的独立集,称为
k
k
k 独立集。含有
k
k
k 个顶点的团称为
k
k
k 团。
极大独立集:设
S
S
S 是图
G
G
G 的独立集,但是任意增加一个顶点不再是独立集,则称
S
S
S 为极大独立集。
最大独立集:
G
G
G 中顶点数最多的独立集,称为
G
G
G 的最大独立集,数量大小记作
α
(
G
)
\alpha(G)
α(G)。
覆盖:
G
G
G 的顶点集的一个子集,包含
G
G
G 的每一条边的至少一个顶点。若
K
K
K 是图
G
G
G 的覆盖,但对任何
v
∈
K
v \in K
v∈K,都不是覆盖,则称
K
K
K 为极小覆盖。
最小覆盖:顶点数最少的覆盖称为最小覆盖,顶点数记作
β
(
G
)
\beta(G)
β(G)。
定理:设
S
⊂
V
(
G
)
S \subset V(G)
S⊂V(G) 为顶点子集,则
S
S
S 是
G
G
G 的独立集的充要条件是
S
‾
\overline{S}
S 为
G
G
G 的覆盖。
证明:设
S
S
S 是
G
G
G 的独立集,则
G
G
G 的任何一条边都至少有一个端点是
S
‾
\overline{S}
S 中的顶点,故
S
‾
\overline{S}
S 是
G
G
G 的覆盖。
设
S
‾
\overline{S}
S 是
G
G
G 的覆盖,则
G
G
G 的任何一条边都至少有一个端点属于
S
‾
\overline{S}
S,从而
G
G
G 的任何一条边都不可能两个端点都在
S
S
S中,亦即
S
S
S 中任何两个顶点都不想林,故
S
S
S 是
G
G
G 的独立集。
定理:对于任何图
G
G
G,有
α
(
G
)
+
β
(
G
)
=
v
(
G
)
\alpha(G)+\beta(G)=v(G)
α(G)+β(G)=v(G)。
证明:设
S
S
S 是
G
G
G 的一个最大独立集,
K
K
K 是
G
G
G 的最小覆盖,
V
(
G
)
V(G)
V(G) \
K
K
K 是
G
G
G 的独立集,
V
(
G
)
V(G)
V(G) \
S
S
S 是
G
G
G 的覆盖。因此,
v
(
G
)
−
β
(
G
)
≤
∣
V
(
G
)
v(G)-\beta(G) \leq |V(G)
v(G)−β(G)≤∣V(G) \
K
∣
≤
α
(
G
)
K| \leq \alpha(G)
K∣≤α(G),
v
(
G
)
−
α
(
G
)
≤
∣
V
(
G
)
v(G)-\alpha(G) \leq |V(G)
v(G)−α(G)≤∣V(G) \
S
∣
≤
β
(
G
)
S| \leq \beta(G)
S∣≤β(G),移项得证。
设
G
=
(
V
,
E
)
G=(V,E)
G=(V,E) 是简单图,且
V
=
{
v
1
,
v
2
,
.
.
.
,
v
n
}
V=\{v_1,v_2,...,v_n\}
V={v1,v2,...,vn},约定 (1)
G
G
G 的每个顶点
v
i
v_i
vi 当作一个布尔变量;(2)布尔积
v
i
v
j
v_iv_j
vivj 表示包含
v
i
,
v
j
v_i,v_j
vi,vj,相应于交运算
v
i
∩
v
j
v_i \cap v_j
vi∩vj;(3) 布尔和
v
i
+
v
j
v_i+v_j
vi+vj 表示包含
v
i
v_i
vi 或
v
j
v_j
vj,相应于并运算
v
i
∪
v
j
v_i \cup v_j
vi∪vj。
计算
ϕ
‾
\overline{\phi}
ϕ,等于若干个 右边两点的补的并,例如
ϕ
‾
=
(
v
1
‾
+
v
2
‾
)
(
v
1
‾
+
v
3
‾
)
(
v
1
‾
+
v
4
‾
)
(
v
3
‾
+
v
4
‾
)
(
v
3
‾
+
v
6
‾
)
(
v
4
‾
+
v
5
‾
)
(
v
5
‾
+
v
6
‾
)
=
v
2
‾
v
3
‾
v
4
‾
v
6
‾
+
v
2
‾
v
3
‾
v
4
‾
v
5
‾
+
v
1
‾
v
3
‾
v
4
‾
v
6
‾
+
v
1
‾
v
3
‾
v
5
‾
+
v
1
‾
v
2
‾
v
4
‾
v
6
‾
\overline{\phi} = (\overline{v_1} + \overline{v_2})(\overline{v_1} + \overline{v_3})(\overline{v_1} + \overline{v_4})(\overline{v_3} + \overline{v_4})(\overline{v_3} + \overline{v_6})(\overline{v_4} + \overline{v_5})(\overline{v_5} + \overline{v_6}) = \overline{v_2}\overline{v_3}\overline{v_4}\overline{v_6} + \overline{v_2}\overline{v_3}\overline{v_4}\overline{v_5} + \overline{v_1}\overline{v_3}\overline{v_4}\overline{v_6} + \overline{v_1}\overline{v_3}\overline{v_5} + \overline{v_1}\overline{v_2}\overline{v_4}\overline{v_6}
ϕ=(v1+v2)(v1+v3)(v1+v4)(v3+v4)(v3+v6)(v4+v5)(v5+v6)=v2v3v4v6+v2v3v4v5+v1v3v4v6+v1v3v5+v1v2v4v6,因此所有极大独立集为
{
v
1
,
v
5
}
,
{
v
1
,
v
6
}
,
{
v
2
,
v
5
}
,
{
v
2
,
v
4
,
v
6
}
,
{
v
3
,
v
5
}
\{v_1,v_5\},\{v_1,v_6\},\{v_2,v_5\},\{v_2,v_4,v_6\},\{v_3,v_5\}
{v1,v5},{v1,v6},{v2,v5},{v2,v4,v6},{v3,v5},最大独立集为
{
v
2
,
v
4
,
v
6
}
\{v_2,v_4,v_6\}
{v2,v4,v6},
α
(
G
)
=
3
\alpha(G)=3
α(G)=3。
定理:设
G
G
G 是
n
(
n
≥
2
)
n(n \geq 2)
n(n≥2) 阶简单图,且对
G
G
G 中任何不相邻的相异顶点
x
,
y
x,y
x,y,均有
d
(
x
)
+
d
(
y
)
≥
n
d(x)+d(y) \geq n
d(x)+d(y)≥n,则
α
(
G
)
≤
K
(
G
)
\alpha(G) \leq K(G)
α(G)≤K(G)。
证明:完全图下,结论显然成立。
(反证法)若
α
(
G
)
≥
K
(
G
)
+
1
\alpha(G) \geq K(G) + 1
α(G)≥K(G)+1,设
S
,
T
S,T
S,T 分别是
G
G
G 中最大独立集和最小顶点割,则有
∣
S
∣
=
α
(
G
)
=
α
≥
2
|S| = \alpha(G) = \alpha \geq 2
∣S∣=α(G)=α≥2,
∣
T
∣
=
K
(
G
)
=
k
|T| = K(G) = k
∣T∣=K(G)=k。设
G
1
,
G
2
,
.
.
.
,
G
l
G_1,G_2,...,G_l
G1,G2,...,Gl 是
G
−
T
G-T
G−T 的连通分支,
l
≥
2
l \geq 2
l≥2,则由
S
S
S 是独立集知
∣
N
G
(
x
)
∪
N
G
(
y
)
≤
n
−
α
,
∀
x
,
y
∈
S
|N_G(x) \cup N_G(y) \leq n - \alpha, \forall x,y \in S
∣NG(x)∪NG(y)≤n−α,∀x,y∈S。于是
∀
x
,
y
∈
S
\forall x,y \in S
∀x,y∈S,有
∣
N
G
(
x
)
∪
N
G
(
y
)
∣
=
∣
N
G
(
x
)
∣
+
∣
N
G
(
y
)
∣
−
∣
N
G
(
x
)
∪
N
G
(
y
)
∣
=
d
G
(
x
)
+
d
G
(
y
)
−
∣
N
G
(
x
)
∪
N
G
(
y
)
∣
≥
n
−
(
n
−
α
)
=
α
≥
k
+
1
>
∣
T
∣
|N_G(x) \cup N_G(y)| = |N_G(x)| + |N_G(y)| - |N_G(x) \cup N_G(y)| = d_G(x) + d_G(y) - |N_G(x) \cup N_G(y)| \geq n-(n-\alpha)=\alpha \geq k + 1 > |T|
∣NG(x)∪NG(y)∣=∣NG(x)∣+∣NG(y)∣−∣NG(x)∪NG(y)∣=dG(x)+dG(y)−∣NG(x)∪NG(y)∣≥n−(n−α)=α≥k+1>∣T∣。
注意到,与属于
G
−
T
G-T
G−T 的不同连通分支的两个顶点同时相邻的顶点只能属于
T
T
T,故上式表明,在
G
−
T
G-T
G−T 中,恰有一个连通分支含
S
S
S 中顶点。不妨设
S
⊆
V
(
G
1
)
∪
T
,
x
∈
V
(
G
1
)
∩
S
S \subseteq V(G_1) \cup T, x \in V(G_1) \cap S
S⊆V(G1)∪T,x∈V(G1)∩S,令
y
∈
V
(
G
2
)
y \in V(G_2)
y∈V(G2),则
∣
N
G
(
x
)
∪
N
G
(
y
)
∣
≤
n
−
∣
S
−
V
(
G
1
)
−
1
∣
=
n
−
α
+
∣
S
∩
T
∣
−
1
|N_G(x) \cup N_G(y)| \leq n - |S-V(G_1)-1| = n - \alpha + |S \cap T| -1
∣NG(x)∪NG(y)∣≤n−∣S−V(G1)−1∣=n−α+∣S∩T∣−1。又因为
N
G
(
x
)
∩
N
G
(
y
)
⊆
T
N_G(x) \cap N_G(y) \subseteq T
NG(x)∩NG(y)⊆T \
S
S
S,.所以
∣
N
G
(
x
)
∩
N
G
(
y
)
≤
k
−
∣
S
∩
T
∣
|N_G(x) \cap N_G(y) \leq k - |S \cap T|
∣NG(x)∩NG(y)≤k−∣S∩T∣。综合两个式子,得
d
G
(
x
)
+
d
G
(
y
)
=
∣
N
G
(
x
)
∪
N
G
(
y
)
∣
+
∣
N
G
(
x
)
∩
N
G
(
y
)
∣
≤
(
n
−
α
+
∣
S
∩
T
∣
−
1
)
+
(
k
−
∣
S
∩
T
∣
)
=
n
−
α
+
k
−
1
≤
n
−
2
d_G(x)+d_G(y) = |N_G(x) \cup N_G(y)| + |N_G(x) \cap N_G(y)| \leq (n-\alpha+|S \cap T| -1) + (k - |S \cap T|) = n - \alpha + k - 1 \leq n - 2
dG(x)+dG(y)=∣NG(x)∪NG(y)∣+∣NG(x)∩NG(y)∣≤(n−α+∣S∩T∣−1)+(k−∣S∩T∣)=n−α+k−1≤n−2 与已知矛盾,所以
α
(
G
)
≤
K
(
G
)
\alpha(G) \leq K(G)
α(G)≤K(G)。
Ramsey数:给定正整数
k
,
l
k,l
k,l,若存在一个正整数
n
n
n,使得任何
n
n
n 阶简单图或者含有
k
k
k 团,或者含有
l
l
l 独立集,则记之为
n
→
(
k
,
l
)
n \rightarrow (k,l)
n→(k,l),并称使
n
→
(
k
,
l
)
n \rightarrow (k,l)
n→(k,l) 成立的最小正整数
n
n
n 为
R
a
m
s
e
y
Ramsey
Ramsey 数,记作
r
(
k
,
l
)
r(k,l)
r(k,l)。
由
R
a
m
s
e
y
Ramsey
Ramsey 数的定义,容易得到如下结论:
定理:对于任何正整数
k
,
l
k,l
k,l,有
(
k
,
l
)
(k,l)
(k,l) 存在。
证明:对
k
,
l
k,l
k,l 使用双重归纳法。已知对任何正整数
k
,
l
k,l
k,l,
r
(
k
,
1
)
=
r
(
1
,
l
)
=
1
r(k,1)=r(1,l)=1
r(k,1)=r(1,l)=1,下设
k
≥
2
,
l
≥
2
k \geq 2,l \geq 2
k≥2,l≥2。假设
r
(
k
−
1
,
l
)
,
r
(
k
,
l
−
1
)
r(k-1,l),r(k,l-1)
r(k−1,l),r(k,l−1) 都存在,往证
r
(
k
−
1
,
l
)
+
r
(
k
,
l
−
1
)
→
(
k
,
l
)
r(k-1,l)+r(k,l-1) \rightarrow (k,l)
r(k−1,l)+r(k,l−1)→(k,l)。设
G
G
G 是任意一个
r
(
k
−
1
,
l
)
+
r
(
k
,
l
−
1
)
r(k-1,l)+r(k,l-1)
r(k−1,l)+r(k,l−1) 阶简单图,设
v
∈
V
(
G
)
v \in V(G)
v∈V(G),因为
d
G
(
v
)
+
d
G
‾
(
v
)
=
r
(
k
−
1
,
l
)
+
r
(
k
,
l
−
1
)
−
1
d_G(v)+d_{\overline{G}}(v) = r(k-1,l)+r(k,l-1)-1
dG(v)+dG(v)=r(k−1,l)+r(k,l−1)−1,所以下列两种情况必有一种出现:(1)
d
G
(
v
)
≥
r
(
k
−
1
,
l
)
d_G(v) \geq r(k-1,l)
dG(v)≥r(k−1,l),(2)
d
G
‾
(
v
)
≥
r
(
k
,
l
−
1
)
d_{\overline{G}}(v) \geq r(k,l-1)
dG(v)≥r(k,l−1)。若(1)出现,记
N
G
(
v
)
=
S
N_G(v)=S
NG(v)=S,则
∣
S
∣
≥
r
(
k
−
1.
l
)
|S| \geq r(k-1.l)
∣S∣≥r(k−1.l),从而
G
[
S
]
G[S]
G[S] 中或者含有
k
−
1
k-1
k−1 团,或者含有
l
l
l 独立集,于是
G
[
S
∪
{
v
}
]
G[S \cup \{v\}]
G[S∪{v}] 中或者含有
k
k
k 团,或者含有
l
l
l 独立集。若(2)出现,注意到
r
(
k
,
l
−
1
)
=
r
(
l
−
1
,
k
)
r(k,l-1)=r(l-1,k)
r(k,l−1)=r(l−1,k),通过类似推理,也能得到上述推论,综上得证,从而
r
(
k
,
l
)
r(k,l)
r(k,l) 存在。
定理:对任何正整数
k
≥
2
,
l
≥
2
k \geq 2, l \geq 2
k≥2,l≥2,有
r
(
k
,
l
)
≤
r
(
k
−
1
,
l
)
+
r
(
k
,
l
−
1
)
r(k,l) \leq r(k-1,l) + r(k,l-1)
r(k,l)≤r(k−1,l)+r(k,l−1),并且若
r
(
k
−
1.
l
)
r(k-1.l)
r(k−1.l),
r
(
k
,
l
−
1
)
r(k,l-1)
r(k,l−1) 都是偶数,则有
r
(
k
,
l
)
≤
r
(
k
−
1
,
l
)
+
r
(
k
,
l
−
1
)
−
1
r(k,l) \leq r(k-1,l) + r(k,l-1) - 1
r(k,l)≤r(k−1,l)+r(k,l−1)−1。
证明…
定理:对于任何正整数
k
,
l
k,l
k,l,都有
r
(
k
,
l
)
≤
C
k
+
l
−
2
k
−
1
r(k,l) \leq C_{k+l-2}^{k-1}
r(k,l)≤Ck+l−2k−1。
证明:对
k
+
l
k+l
k+l 用数学归纳法,利用
r
(
1
,
l
)
=
r
(
k
,
1
)
=
1
r(1,l) = r(k,1) = 1
r(1,l)=r(k,1)=1 及
r
(
2
,
l
)
=
l
,
r
(
k
,
2
)
=
k
r(2,l)=l,r(k,2)=k
r(2,l)=l,r(k,2)=k 知,
k
+
l
≤
5
k+l \leq 5
k+l≤5 时,结论成立。设
m
,
n
m,n
m,n 为正整数,假设结论满足
5
≤
k
+
l
<
m
+
n
5 \leq k+l < m+n
5≤k+l<m+n 的一切正整数
k
,
l
k,l
k,l 都成立,于是有
r
(
m
,
n
)
≤
r
(
m
,
n
−
1
)
+
r
(
m
−
1
,
n
)
≤
C
m
+
n
−
3
m
−
1
+
C
m
+
n
−
3
m
−
2
=
C
m
+
n
−
2
m
−
1
r(m,n) \leq r(m,n-1) + r(m-1,n) \leq C_{m+n-3}^{m-1} + C_{m+n-3}^{m-2}=C_{m+n-2}^{m-1}
r(m,n)≤r(m,n−1)+r(m−1,n)≤Cm+n−3m−1+Cm+n−3m−2=Cm+n−2m−1,由归纳原理,结论对一切正整数
k
,
l
k,l
k,l 成立。
定理:对于任何正整数
k
k
k,有
r
(
k
,
k
)
>
k
⋅
2
k
2
−
2
r(k,k) > k · 2^{\frac{k}{2}-2}
r(k,k)>k⋅22k−2。
证明:…
推论:对任何正整数
k
,
l
k,l
k,l,记
m
=
m
i
n
{
k
,
l
}
m=min\{k,l\}
m=min{k,l},则
r
(
k
,
l
)
>
m
⋅
2
m
2
−
2
r(k,l) > m·2^{\frac{m}{2}-2}
r(k,l)>m⋅22m−2
k k k 部图:若图 G G G 的顶点集 V V V 可以划分成 V = V 1 ∪ V 2 ∪ . . . ∪ V k V=V_1 \cup V_2 \cup ... \cup V_k V=V1∪V2∪...∪Vk,这里 V i ∩ V j = ∅ V_i \cap V_j = \emptyset Vi∩Vj=∅,且 V i V_i Vi 中任何两个顶点在 G G G 中都不相邻,则称 G G G 是 k k k 部图,且 V i V_i Vi 中任一顶点与 V j V_j Vj 任一顶点之间恰有一条边相连 ( 1 ≤ i < j ≤ k 1 \leq i < j \leq k 1≤i<j≤k),则称 G G G 是完全 k k k 部图。
定理:若简单图
G
G
G 不包含
K
k
+
1
K_{k+1}
Kk+1,则存在一个以
V
=
V
(
G
)
V=V(G)
V=V(G) 为顶点集的完全
k
k
k 部图
H
H
H,使得
d
G
(
x
)
≤
d
H
(
x
)
(
∀
x
∈
V
)
d_G(x) \leq d_H(x)(\forall x \in V)
dG(x)≤dH(x)(∀x∈V),而且若
d
G
(
x
)
=
d
H
(
x
)
(
∀
x
∈
V
)
d_G(x)=d_H(x) (\forall x \in V)
dG(x)=dH(x)(∀x∈V),则
G
G
G ≌
H
H
H。
证明:…
Turan图:设
v
v
v 是
n
n
n 阶完全
k
k
k 部图,若每一个
V
i
V_i
Vi 取值都在
v
k
\frac{v}{k}
kv 的下界与上界范围内,则把
G
G
G 记作
T
v
,
k
T_{v,k}
Tv,k,即
T
v
,
k
T_{v,k}
Tv,k 中任何两个
V
i
,
V
j
V_i,V_j
Vi,Vj 的顶点数最多相差
1
1
1。
引理:设
G
G
G 是
v
v
v 阶完全
k
k
k 部图,则
ε
(
G
)
≤
ε
(
T
v
,
k
)
\varepsilon(G) \leq \varepsilon(T_{v,k})
ε(G)≤ε(Tv,k),并且若
ε
(
G
)
=
ε
(
T
v
,
k
)
\varepsilon(G)=\varepsilon(T_{v,k})
ε(G)=ε(Tv,k),则
G
G
G ≌
T
v
,
k
T_{v,k}
Tv,k。
证明:…
定理:
e
x
(
v
,
K
k
+
1
)
=
ε
(
T
v
,
k
)
ex(v,K_{k+1}) = \varepsilon(T_{v,k})
ex(v,Kk+1)=ε(Tv,k)
(k)着色:设
G
G
G 是无环图,若把
G
G
G 的每个顶点都染上颜色,使任何一对相邻顶点的颜色都不相同,则称这种染色方法为正常顶点着色,简称为
G
G
G 的着色。若着色种类不超过
k
k
k,则称为
k
k
k 着色。
色数:若图
G
G
G 有
k
k
k 着色,则称
G
G
G 是
k
k
k 可着色的,使得
G
G
G 是
k
k
k 可着色的
k
k
k 的最小值称为
G
G
G 的色数,记作
χ
(
G
)
=
k
\chi(G)=k
χ(G)=k。
定理:设简单图
G
G
G 的顶点排序
n
1
,
n
2
,
.
.
.
n
n
n_1,n_2,...n_n
n1,n2,...nn 满足:每个
v
j
v_j
vj 最多与排在它前面的
n
1
,
n
2
,
.
.
.
,
n
j
−
1
n_1,n_2,...,n_{j-1}
n1,n2,...,nj−1 中
k
k
k 个顶点相邻,
2
≤
j
≤
n
2\leq j\leq n
2≤j≤n,则有
χ
(
G
)
≤
k
+
1
\chi(G) \leq k + 1
χ(G)≤k+1。
证明:思路围绕 “假设第
j
j
j 个顶点与前面所有顶点都相邻” 即可得证。
推论:对任意简单图
G
G
G 均有
χ
(
G
)
≤
Δ
(
G
)
+
1
。
\chi(G)\leq \Delta(G) + 1。
χ(G)≤Δ(G)+1。
证明:应用定理,列出顶点序列后,对于第
j
j
j 个顶点最多与排在它前面的
Δ
(
G
)
\Delta(G)
Δ(G) 个顶点相邻,因此成立。
推论:设
G
G
G 是简单图,则
χ
(
G
)
≤
m
a
x
H
δ
(
H
)
+
1
\chi(G) \leq max_H\delta(H)+1
χ(G)≤maxHδ(H)+1,其中
H
H
H 是取遍
G
G
G 的所有由顶点导出的子图。
证明:…
推论:设
G
G
G 是简单连通图,且不是正则图,则有
χ
(
G
)
≤
Δ
(
G
)
。
\chi(G) \leq \Delta(G)。
χ(G)≤Δ(G)。
证明:由上面推论和已知条件只需证明
G
G
G 的任何导出子图
H
H
H 都有
δ
(
H
)
≤
Δ
(
G
)
−
1
\delta(H) \leq \Delta(G)-1
δ(H)≤Δ(G)−1。
若
H
=
G
H=G
H=G,结合已知条件知
δ
(
G
)
≤
Δ
(
G
)
−
1
\delta(G) \leq \Delta(G)-1
δ(G)≤Δ(G)−1。则存在点
x
x
x,使得
x
∈
V
(
H
)
,
y
∈
V
(
G
)
x \in V(H), y \in V(G)
x∈V(H),y∈V(G) \
V
(
H
)
V(H)
V(H),使得
x
y
∈
E
(
G
)
xy \in E(G)
xy∈E(G),从而
d
H
(
x
)
<
d
G
(
x
)
≤
Δ
(
G
)
d_H(x) < d_G(x) \leq \Delta(G)
dH(x)<dG(x)≤Δ(G),因此
δ
(
H
)
≤
d
H
(
x
)
≤
Δ
(
G
)
−
1.
\delta(H) \leq d_H(x) \leq \Delta(G) - 1.
δ(H)≤dH(x)≤Δ(G)−1.
推论:设
G
G
G 是连通的
k
k
k 正则简单图,
k
≥
3
k \geq 3
k≥3,且
G
G
G 有
2
2
2 顶点割,则
χ
(
G
)
≤
Δ
(
G
)
\chi(G) \leq \Delta(G)
χ(G)≤Δ(G).
证明:…
Brooks定理:设
G
G
G 是连通简单图,且既不是奇圈,也不是完全图,则
χ
(
G
)
≤
Δ
(
G
)
\chi(G) \leq \Delta(G)
χ(G)≤Δ(G)
证明:首先,可以假设
G
G
G 是正则图。其次不妨设
Δ
(
G
)
≥
3
\Delta(G) \geq 3
Δ(G)≥3,因为
Δ
(
G
)
=
0
\Delta(G)=0
Δ(G)=0 或
1
1
1 时,
G
G
G 只能是
K
1
,
K
2
K_1,K_2
K1,K2,与条件相矛盾。而
Δ
(
G
)
=
2
\Delta(G)=2
Δ(G)=2 时,
G
G
G 只能是偶圈,即
χ
(
G
)
=
2
≤
Δ
(
G
)
\chi(G)=2 \leq \Delta(G)
χ(G)=2≤Δ(G).于是
V
(
G
)
≥
5
V(G) \geq 5
V(G)≥5,还可以假定
G
G
G 是
3
3
3 连通的… 证明太长,有空再打。
色多项式:用
π
(
G
,
k
)
\pi(G,k)
π(G,k) 表示图
G
G
G 的所有不同的
k
k
k 着色数。
空图着色计数:
π
(
K
v
,
k
)
=
k
v
\pi(K_v,k)=k^v
π(Kv,k)=kv
完全图着色计数:
π
(
K
v
,
k
)
=
k
(
k
−
1
)
.
.
.
(
k
−
v
+
1
)
\pi(K_v,k)=k(k-1)...(k-v+1)
π(Kv,k)=k(k−1)...(k−v+1)
定理:对于简单图
G
G
G 的任意一条边
e
e
e,有
π
(
G
,
k
)
=
π
(
G
−
e
,
k
)
−
π
(
G
⋅
e
,
k
)
\pi(G,k)=\pi(G-e,k)-\pi(G·e,k)
π(G,k)=π(G−e,k)−π(G⋅e,k).
证明:设
e
=
u
v
e=uv
e=uv,
G
−
u
v
G-uv
G−uv 的全体
k
k
k 着色可以分为两类:一类使
u
u
u 和
v
v
v 颜色相同,另一类是使
u
,
v
u,v
u,v 颜色不同。对于前一类
k
k
k 着色,用
u
,
v
u,v
u,v 的颜色染
G
⋅
e
G·e
G⋅e 的新顶点,就对应
G
⋅
e
G·e
G⋅e 的
k
k
k 着色,显然这种对应是一一对应的。同理,后一类
k
k
k 着色与
G
G
G 的全体
k
k
k 着色之间存在一一对应,因此
π
(
G
−
e
,
k
)
=
π
(
G
,
k
)
+
π
(
G
⋅
e
,
k
)
\pi(G-e,k)=\pi(G,k) + \pi(G·e,k)
π(G−e,k)=π(G,k)+π(G⋅e,k)
定理:设简单图
G
G
G 有
n
n
n 个顶点,
ϵ
\epsilon
ϵ 条边和
ω
\omega
ω 个连通分支,则
π
(
G
,
k
)
=
a
0
k
n
−
a
1
k
n
−
1
+
.
.
.
+
(
−
1
)
n
−
ω
a
n
−
ω
k
ω
\pi(G,k) = a_0k^n - a_1k^{n-1}+...+(-1)^{n-\omega}a_{n-\omega}k^{\omega}
π(G,k)=a0kn−a1kn−1+...+(−1)n−ωan−ωkω,其中
a
0
=
1
,
a
1
=
ϵ
,
a
i
>
0
(
2
≤
i
≤
n
−
ω
a_0=1,a_1=\epsilon,a_i > 0(2 \leq i \leq n - \omega
a0=1,a1=ϵ,ai>0(2≤i≤n−ω.
证明:对
ϵ
\epsilon
ϵ 进行归纳。当
ϵ
=
0
\epsilon = 0
ϵ=0 时,则
G
=
K
n
‾
,
π
(
G
,
k
)
=
k
n
G=\overline{K_n},\pi(G,k)=k^n
G=Kn,π(G,k)=kn,结论成立。后面太长了,以后再打。
技巧:
定理:简单图
G
G
G 是树,当且仅当
π
(
G
,
k
)
=
k
(
k
−
1
)
n
−
1
\pi(G,k)=k(k-1)^{n-1}
π(G,k)=k(k−1)n−1
证明:以后有空了再打。
定理:简单图
G
G
G 是连通二部图,当且仅当
π
(
G
,
k
)
\pi(G,k)
π(G,k) 中的
a
n
−
1
a_{n-1}
an−1 为奇数。
证明:以后有空了再打。
支配集:设简单图
G
=
(
V
,
E
)
,
S
⊆
V
,
S
≠
∅
G=(V,E),S \subseteq V, S \neq \emptyset
G=(V,E),S⊆V,S=∅,若
∀
v
∈
S
‾
\forall v \in \overline{S}
∀v∈S,都存在
S
S
S 中的顶点与
v
v
v 相邻,则称
S
S
S 是图
G
G
G 的支配集。若
S
S
S 是图
G
G
G 的支配集且
S
S
S 的任何真子集都不再是支配集,则
S
S
S 为极小支配集。若
S
S
S 是图
G
G
G 的顶点个数最小的支配集,则称
S
S
S 是最小支配集,其中的顶点个数称为
G
G
G 的支配数,记作
γ
(
G
)
\gamma(G)
γ(G).
独立支配集:设
S
S
S 是图
G
G
G 的支配集,若
S
S
S 是独立集,则称
S
S
S 为独立支配集。
定理:设
S
S
S 为简单图
G
G
G 的支配集,则
S
S
S 为极小支配集当且仅当
S
S
S 中的每个顶点
v
v
v 满足下列性质之一:(1)存在
u
∈
S
‾
u \in \overline{S}
u∈S,使
N
(
u
)
∩
S
=
{
v
}
N(u) \cap S= \{ v \}
N(u)∩S={v};(2)
S
∩
N
(
v
)
=
∅
S \cap N(v)=\emptyset
S∩N(v)=∅。
证明:
定理:设
G
G
G 是没有孤立顶点的简单图,
S
S
S 是
G
G
G 的极小支配集,
S
‾
\overline{S}
S 是
S
S
S 的补集,则
S
‾
\overline{S}
S 也是
G
G
G 的支配集。
证明:
定理:设
G
G
G 是没有孤立顶点的
v
v
v 阶简单图,则
γ
(
G
)
≤
v
2
\gamma(G) \leq \frac{v}{2}
γ(G)≤2v.
证明:
布尔变量运算可以找出图中所有极小支配集。设
G
=
(
V
,
E
)
G=(V,E)
G=(V,E) 是简单图,且
V
=
{
v
1
,
v
2
,
.
.
.
,
v
n
}
V=\{v_1,v_2,...,v_n\}
V={v1,v2,...,vn},约定布尔和
v
i
+
v
j
v_i+v_j
vi+vj 表示包含
v
i
v_i
vi 或
v
j
v_j
vj,相应于并运算
v
i
∪
v
j
v_i \cup v_j
vi∪vj,
∀
v
i
∈
V
(
G
)
\forall v_i \in V(G)
∀vi∈V(G),作布尔表达式
ϕ
i
=
v
i
+
∑
v
j
∈
N
(
v
i
)
v
j
,
(
i
=
1
,
2
,
.
.
.
n
)
\phi_i=v_i+\sum_{v_j\in N(v_i)}v_j,(i=1,2,...n)
ϕi=vi+∑vj∈N(vi)vj,(i=1,2,...n),令
ϕ
=
ϕ
1
ϕ
2
.
.
.
ϕ
n
\phi=\phi_1\phi_2...\phi_n
ϕ=ϕ1ϕ2...ϕn,化简
ϕ
\phi
ϕ 即可得到图
G
G
G 的所有极小支配集。
例题:
边独立集/最大边独立集:两两不相邻的边的集合,称为边独立集。边数最多的边独立集称为最大边独立集。
G
G
G 的最大边独立集中的边数,称为
G
G
G 的边独立数,记作
α
′
(
G
)
\alpha'(G)
α′(G)。
边覆盖/最小边覆盖:设
L
L
L 是图
G
G
G 的边集
E
(
G
)
E(G)
E(G) 的一个子集,若
G
G
G 中的每个顶点都是
L
L
L 中某个点的端点,则称
L
L
L 是
G
G
G 的边覆盖。边数最小的覆盖,称为最小边覆盖,边数为边覆盖数,记作
β
′
(
G
)
\beta'(G)
β′(G)。
定理:若简单图
G
G
G 中没有孤立顶点,即
δ
(
G
)
>
0
\delta(G) > 0
δ(G)>0,则
α
′
(
G
)
+
β
′
(
G
)
=
v
(
G
)
\alpha'(G)+\beta'(G)=v(G)
α′(G)+β′(G)=v(G)。
证明:…
完美匹配:若边集 M M M 既是匹配(边独立集),又是边覆盖,则称 M M M 为完美匹配。
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