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单词 图的度序列
释义

【图的度序列】
 

拼译:degree seguences of graphs
 

图论研究的一个基本领域。给定一个n阶简单图G,其顶点v1,v2,…,vn的度依次为d1,d2,…,dn,d1≥d2≥…≥dn,π=(d1,d2,…,dn),即是图G的度序列。若它是某个图的度序列,一个非增的非负整数序列π=(d1,d2,…,dn)是可图的(graphic),由于同构的图具有相同的度序列,而度序列相同的图未必同构,因此度序列是图同构的不变量,但不是全系不变量。所以一个图的度序列的代数性质必然部分地反映这个图的图论性质,其反映程度是度序列研究的基本课题。度序列的研究主要围绕下面两个基本问题进行:(1)刻划可图序列;(2)对给定的图论性质P,刻划蕴含P(Potentially-P)可图序列和强迫P(forcibly-P)可图序列。

1957年Gale与Ryser率先给出可图序列的刻划,从而揭开研究度序列的序幕。至今已发表400多篇论文。关于可图序列的刻划,至今已发现7个判准和1个算法,即:Gale-Ryser判准(1973)、Erdös-Gallai判准(1960)、Fulkerson-Hoffman-MeAndrew判准(1965)、Grtinbaum判准(1969)、Berge判准(1973)、Bollobás判准(1978)和Ruch-GutmanHässelbalth(1979,1984)以及Kleitman-Wang算法(1973)。应该说,在以往数十年里,可图序列的刻划已经彻底解决。但一些基本性工作尚有待进一步研究。1991年Sierksma和Hoogeveen用循环论证法证明,可图度列的7个判准是等价的。1992年J.S.Li进一步证明,上述7个判准实质上只有两个,即GaleRyser判准,Erdös-Gallai判准,Fulkerson-HoffmanMcAdrew判准,Berge判准和Ruch-Gutman-Hǎssebath判准是同一件事物的不同表述形式,而Grünbaum判准与Bollobás判准则是另一件事物的两种表达形式。J.S.Li研究了n维可图序列集合Gn的整体性。易知Gn在序列间优超关系下成为偏序集。J.S.Li刻划了偏序集Gn中的极大元。1991年Favaron,Mahéo和Saclé证明,可图序列π的剩余R(π)(Residue)是偏序集Gn上一个Schur凸函数。

最早研究蕴含P和强迫P可图序列的是Edmonds。1964年,他给出了蕴含k边连通可图序列的刻划。此后,蕴含P和强迫P可图序列的研究便得到蓬勃发展。其主要研究方法是:(1)利用判定可图序列的Kleitman-Wang算法,即所谓Laying off技巧。(2)利用Edmonds在刻划蕴含k边连通可图序列时所使用的Interchange技巧及其变形。所谓Interchange技巧是指:设G是可图序列π的一个实现,若G含有边xy,uv,不含边xu,yv,则G′=G-xy-uv+xu+yv也是π的一个实现。从图G到G′的变换是保持可图序列不变的一种变换,它称为对π进行一次Interchange;Laying off技巧是指:设π=(d1,d2,…,dn)是非增的非负整数序列,从π中去掉第k项dk,并将余下的dk个最大的项各减去1,得到序列π′。从π到π′的过程称为从π lay off dk。1973年,Wang和Kleitman用Laying off技巧给出蕴含k连通可图序列的刻划,并且给出Edmonds上述结论的新证明。关于强迫k连通可图序列,1969年Bondy给出一个充分条件。当k=1时,1991年Choudum给出一个充分条件。但强迫k连通和强迫k边连通可图序列的刻划问题仍未解决。

具有Hamilton圈的图称为Hamilton图。刻划强迫Hamilton可图序列的问题是Nash-William于1966年提出的。1976年Bondy和Murty将它收入到他们的名著《Graph Theory with Applications》,列为当时图论中50个未解决问题之一。它一直是人们关注的一个热点。到目前为止,所有的研究都集中在充分条件上。主要方法则是运用Bondy和Chvátal引进的k闭包概念。给定正整数k,对图G中任意两个度之和至少为k的不相邻顶点都连一条边,直到不能再连为止,得到的图Ck(G)即是G的k闭包。Bondy和Chvátal证明,n阶图G为Hamilton的充要条件是,n闭包Cn(G)为Hamilton的。在Bondy-Chvátal方法基础上,Zhu和Tian给出了可图序列为强迫Hamilton的一个充分条件。这是迄今为止所得到的最好的充分条件。1988年P.Ц.Tышкeвич,А.А.ЧepHяк和Ж.А.ЧepHяк称Zhu和Tian所用的方法为Bondy-Chvátal-Zhu-Tian方法。但是NashWilliam 20多年前提出的刻划强迫Hamilton可图序列的问题仍未解决。至于蕴含Hamilton可图序列的刻划问题,Rao已经解决。

刻划蕴含可平面和强迫可平面可图序列的问题一直为人们所关注。由Euler公式可知,可平面图G的度序列π=(d1,d2,…,dn)应满足d1+d2+…+dn≤6(n-2)。满足这一条件的可图序列π称为Euler序列,其中等式成立的Euler序列称为极大的。另外,一个可图序列π=(d1,d2,…,dn)称为k序列,若d1-dn=k。1971年,Owens首先研究蕴含可平面可图序列的刻划问题。他证明,除(47)和(514)外,每个Euler零序列都是蕴含可平面的,这里π=(47)表示π是由7个4组成的。随后Schmeichel和Hakimi证明,除(510,4),(512,4),(6,512),(6,514)外,每个Euler 1序列都是蕴含可平面的。他们还证明,除(45,2),(511,3),(6h-7,47),h>7,(53,33),(71,512)以及未定情形(513,3),(7,517)外,每个非极大Euler 2序列都是蕴含可平面的。他们也研究了极大Euler 2序列,留下未定情形:(7h+1,62-h,513+h),(73+2h,6,515+2h),(75+2h,517+2h),h=0,1。他们提出如下猜想:(513,3),(7,517)和(73,517),(7h+1,62-h,513+h),h=0,1,2和(75+2h,517+2h),h=0,1都不是蕴含可平面的,而上述其他未定序列都是蕴含可平面的。Ruscitti,Fanelli研究了上面遗留的序列,Mao研究了序列(75+2h,517+2h),h=0,1和(73,517),证明它们不是蕴含可平面的,从而宣告Schmeichel-hakimi猜想的解决,然而刻划蕴含可平面可图序列的问题并未解决。至于强迫可平面可图序列的刻划问题,Rao已经解决。

与无向图情形相比,有向图情形的可图序列的研究进展较为缓慢。最令人注目的是1960年Fulkerson给出了非负整数偶序列π=[(r1,s1),(r2,s2),…,(rn,sn)]为有向可图序列的判准,从而解决了可图序列的刻划问题。其次是1965年Beineke和Harary给出了蕴含强连通有向可图序列的刻划。自然要考虑的是蕴含k强连通有向可图序列的刻划问题。1979年Chaiken,Kleitman和S.Y.R.Li考虑了这一问题,得到了有向可图序列为蕴含2强连通的一个充分条件。他们的结论离蕴含2强连通有向可图序列的刻划相去甚远。至于蕴含k强连通有向可图序列的刻划问题,则难度更大。而刻划强迫k强连通有向可图序列的问题,至今仍未解决。李炯生等和Bagga与Beineke曾对特殊有向图类(如竞赛图、多部竞赛图)得到一些结论,例如李炯生等给出了蕴含k强连通和强迫k强连通得分向量的刻划。

根据Rao,ышкeвич、Чepняк以及李炯生的综述文章,可以预期,图的度序列的研究将围绕以下几个问题进一步展开:(1)深入研究偏序集Gn的整体性质,考虑偏序集Gn上哪些计数函数是Schur凸的,哪些是Schur凹的。(2)深入研究蕴含P和强迫P(有向)可图序列的刻划问题,特别是强迫k连通可图序列、强迫Hamilton可图序列和强迫可平面可图序列的刻划以及蕴含k强连通有向可图序列的刻划等。这些问题的解决,无疑将是度序列研究的突破性进展。

【参考文献】:

1 Rao S B. Combinatorics and Graph Theory, Proceedings. Calcutta 1980,Berlin,Springer-Verlag,1981,415~440

2 Zhu Y, Tian F, J. Combinatorial Theory,Ser. B,1983, 35 (3):247~255

3 A.K BEPHET KA ,1987,6:12~19; 1988;2:1~12;1988;5:1~8

4 Mao J Z. Kexue Tongbao (English Ed),1987,32(2):145~ 146

5 FavaronO,MahéoM,Sacle J-F. J Graph Theory,1991,15 (1):39~64

6 Sierksma G ,Hoogeveen H,J. Graph Theory,1991,15(2): 222~231

7 Choudum S A. Discrete Mathematics, 1991, 96 (3): 175 ~ 181

(中国科技大学博士生导师李炯生撰)

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