Snark (grafteori)

Snark i grafteori  er en sammenhængende kubisk graf uden broer med kromatisk indeks 4. Det er med andre ord en graf, hvor hvert knudepunkt har tre nabospidser, og kanterne ikke kan farves med kun tre farver, således at to kanter af samme farve konvergerer ikke i et toppunkt. (Ved Vizings teorem er det kromatiske indeks for en kubisk graf 3 eller 4.) For at undgå trivielle tilfælde betragtes grafer med en omkreds på mindre end 5 ofte ikke som snert.

Det menes, at på trods af den enkle definition og lange historie af studier, er egenskaberne og strukturen af ​​snarks lidt kendte [1] .

Historie

Peter Tat blev først interesseret i snarks i 1880, da han beviste, at firefarvesætningen svarer til at sige, at ingen snark er plan [2] . Den første kendte snark var grev Petersen , fundet i 1898 . I 1946 fandt den jugoslaviske matematiker Danilo Blanusha yderligere to snarks, begge med 18 hjørner, kaldet Blanusha snarks [3] . Den fjerde snark blev fundet to år senere af Tutt , der arbejdede under pseudonymet Blanche Descartes , og det var en graf af størrelsesorden 210 [4] [5] . I 1973 fandt Szekeresh den femte snark, Snark of Szekeresh . [6] I 1975 generaliserede Isaacs Rufus Blalushis metode til at konstruere to uendelige familier af snarks, Blomster og BDS (Blanushi-Descartes-Szekeres Snark), en familie, der omfatter to Blalushi-snarker, Descartes' Snark og Szekeres ' Snark [7] . Isaacs opdagede også en 30-takkede snark, der ikke tilhører BDS-familien og ikke er en blomst - en dobbeltstjerne .

Udtrykket "snark" blev opfundet af Martin Gardner i 1976 efter det undvigende snark - væsen fra Lewis Carrolls The Hunting of the Snark [8] .

Egenskaber

Alle snarks er ikke-hamiltonske , og mange kendte snarks er hypo  -hamiltonske - fjernelse af et enkelt toppunkt giver en Hamiltonsk subgraf. Hypohamiltonske snarks skal være bikritiske  - fjernelse af to vilkårlige hjørner giver en undergraf, der kan kantfarves med 3 farver. [9] [10]

Det har vist sig, at antallet af snarks for et givet antal hjørner er begrænset af en eksponentiel funktion [11] . (Da er kubiske grafer, skal alle snarks have et lige antal hjørner.) OEIS -sekvensen A130315 indeholder antallet af ikke-trivielle snarks med 2n hjørner for små værdier på n [12] .

Formodningen om dobbeltcyklusdækning siger, at man i enhver broløs graf kan finde et sæt cyklusser, der dækker hver kant to gange, eller tilsvarende, at grafen kan indlejres i en overflade på en sådan måde, at alle flader er simple cyklusser. Snarks udgør en vanskelig sag for denne formodning - hvis det er sandt for snarks, er det sandt for alle grafer [13] . I denne forbindelse formodede Branko Grünbaum , at det er umuligt at indlejre nogen snark i en overflade på en sådan måde, at alle flader er simple cyklusser, og desuden har to flader enten ikke fælles kanter eller har en fælles kant. Martin Kohol fandt dog et modeksempel på denne Grünbaum-formodning [14] [15] [16] .

Snark-sætningen

Tutt formodede, at enhver snark har en Petersen-graf som mol . Således formodede han, at den mindste snark, Petersen-grafen, kan fås fra enhver anden snark ved at trække nogle kanter sammen og fjerne andre. Hvilket svarer (da Petersen-grafen har en maksimal grad på tre) til udsagnet om, at enhver snark indeholder en subgraf, der kan hentes fra Petersen-grafen ved at dividere nogle kanter. Denne formodning er en styrkelse af firefarvesætningen, da enhver graf, der indeholder Petersen-grafen som et mol, ikke kan være plan. I 1999 annoncerede Robertson , Sanders , Seymour og Thomas beviset for formodningen [17] , men fra 2012 er beviset kun delvist offentliggjort [18] .

Tat foreslog også som en formodning et generaliseret snark-teorem for vilkårlige grafer - enhver broløs graf, der ikke har en Petersen-graf som mol, har en nowhere-nul 4-flow . Hvilket betyder, at grafens kanter kan gives retninger og mærkes med tal fra mængden {1, 2, 3}, således at summen af ​​de indgående tal minus summen af ​​de udgående tal ved hvert toppunkt er delelig med fire. Som Tutt viste, eksisterer en sådan tildeling for kubiske grafer, hvis og kun hvis kanterne kan farves med tre farver, så i dette tilfælde følger formodningen af ​​snark-sætningen. Formodningen forbliver dog åben for andre (ikke-kubiske) grafer [19] .

Liste over snarks

En liste over alle snarks med 36 toppunkter, undtagen snarks med 36 toppunkter og omkreds 4, blev lavet af Gunnar Brinkmann, Jan Gödgeber, Jonas Hägglund og Claes Markström i 2012 [20] .

Noter

  1. Miroslav Chladny, Martin Skoviera. Faktorisering af snarks // The Electronic Journal of Combinatorics . - 2010. - T. 17 . - S. R32 .  — « I undersøgelsen af ​​forskellige vigtige og vanskelige problemer inden for grafteori (såsom cyklus-dobbeltomslagsformodningen og 5-Flow-formodningen), støder man på en interessant, men noget mystisk variation af grafer kaldet snarks. På trods af deres enkle definition ... og over et århundrede lange undersøgelser, er deres egenskaber og struktur stort set ukendte. » Oversættelse: « Når man studerer forskellige vigtige og vanskelige problemer inden for grafteori (såsom formodningen om dobbeltcyklusdækning og 5-flow-formodningen ), støder man på interessante, men noget mærkelige grafer, der kaldes snarks. På trods af deres enkle definition ... og mere end et århundredes studier, forbliver deres egenskaber og struktur stort set ukendte. »
  2. P.G. Tait. Bemærkninger til farvelægninger af kort // Proc. R. Soc. Edinburgh. - 1880. - T. 10 . - S. 729 .
  3. Danilo Blanusa. Problem četiriju boja // Glasnik Mat. Fiz. Astr. Ser II. - 1946. - T. 1 . — S. 31–42 .
  4. Blanche Descartes, Network-colourings, The Mathematical Gazette (London) 32, 67-69, 1948.
  5. Martin Gardner, The Last Recreations: Hydras, Eggs, and Other Mathematical Mystifications, Springer, 2007, ISBN 0-387-25827-2 , ISBN 978-0-387-25827-0
  6. G. Szekeres. Polyedriske nedbrydninger af kubiske grafer // Bull. Austral. Matematik. Soc .. - 1973. - V. 8 , no. 3 . — S. 367–387 . - doi : 10.1017/S0004972700042660 .
  7. R. Isaacs. Uendelige familier af ikke-trivielle trivalente grafer, som ikke er Tait-farverbare  // American Mathematical Monthly . - 1975. - T. 82 , no. 3 . — S. 221–239 . - doi : 10.2307/2319844 . — .
  8. Martin Gardner. Matematiske spil  // Scientific American . - 1976. - T. 4 , no. 234 . — S. 126–130 .
  9. Steffen E. Klassificering og karakterisering af snarks // Diskret matematik . - 1998. - T. 188 , no. 1-3 . — S. 183–203 . - doi : 10.1016/S0012-365X(97)00255-0 .
  10. Steffen E. Om bikritiske snert // Matematik. Slovaca. - 2001. - T. 51 , no. 2 . — S. 141–150 .
  11. Z. Skupień. 6. tjekkisk-slovakiske internationale symposium om kombinatorik, grafteori, algoritmer og applikationer. — Elektroniske Noter i diskret Matematik. - 2007. - T. 28. - S. 417-424. - doi : 10.1016/j.endm.2007.01.059 .
  12. OEIS -sekvens A130315 _
  13. F. Jaeger. Annals of Discrete Mathematics 27 - cyklusser i grafer. - 1985. - T. 27. - S. 1–12. — (North-Holland Mathematics Studies). - ISBN 978-0-444-87803-8 . - doi : 10.1016/S0304-0208(08)72993-1 . .
  14. Martin Kochol. Journal of Combinatorial Theory, Serie B. - 1996. - V. 67 . — s. 34–47 .
  15. Martin Kochol. Graftegning 2008, Redaktion: I. G. Tollis, M. Patrignani. - 2009. - T. 5417 . — S. 319–323 . .
  16. Martin Kochol. Proceedings fra American Mathematical Society. - 2009. - T. 137 . - S. 1613-1619 .
  17. Robin Thomas. Surveys in Combinatorics, 1999. Cambridge University Press, 1999. s. 201-222.
  18. Sarah-Marie Belcastro. Den fortsatte saga om snarks  // The College Mathematics Journal. - 2012. - T. 43 , no. 1 . — S. 82–87 . - doi : 10.4169/college.math.j.43.1.082 . . Se også Hadwigers formodning og resultater relateret til graffarvning.
  19. 4-flow formodning Arkiveret 8. februar 2012 på Wayback Machine , Open Problem Garden.
  20. Gunnar Brinkmann, Jan Goedgebeur, Jonas Hägglund og Klas Markström. Generation og egenskaber af Snarks. – 2012.

Links