Изменения

Перейти к: навигация, поиск

Теорема Вагнера

4219 байт добавлено, 19:07, 4 сентября 2022
м
rollbackEdits.php mass rollback
Вагнер опубликовал теорему в 1937, после публикации в 1930 [[Теорема_Понтрягина-Куратовского|теоремы Куратовского]], согласно которой граф планарен тогда и только тогда, когда он не содержит подграфов [[Укладка_графа_на_плоскости|гомеоморфных]] <tex> K_{5} </tex> и <tex> K_{3, 3} </tex>. [[Теорема_Понтрягина-Куратовского|Теорема Куратовского]] сильнее теоремы Вагнера — [[Укладка_графа_на_плоскости|гомеоморфный]] подграф может быть преобразован в минор того же типа путём стягивания всех, кроме одного, рёбер в каждом пути, полученном при разбиении ребра путем добавления вершины, а вот обратное преобразование из минора в [[Укладка_графа_на_плоскости|гомеоморфный]] подграф того же типа не всегда возможно.
__TOC__
 
{{Определение
|definition =
<b>'''Минором графа</b> ''' (англ. ''Graph minor'') <tex>G </tex> будем называть граф <tex>H</tex>, если <tex>H </tex> может быть образован из <tex>G </tex> удалением рёбер и вершин и стягивания или стягиванием рёбер.
}}
 
Миноры графов часто изучаются в более общем контексте миноров [[Примеры_матроидов:_графовый_матроид|графовых матроидов]]. В этом контексте обычно полагается, что графы связны, могут иметь петли и кратные рёбра (то есть, рассматриваются [[Основные_определения_теории_графов|псевдографы]], а не простые графы). Стягивание петли и удаление разрезающего ребра запрещены. При таком подходе удаление ребра оставляет ранг графа неизменным, а стягивание ребра всегда уменьшает ранг на единицу.
 
== Пример ==
В следующем примере граф <tex>H</tex> является минором графа <tex>G</tex>:
 
<tex>G</tex> [[Файл:Olddddd.png]]
 
<tex>H</tex>[[Файл:Olllddd.png‎]]
 
== Теорема ==
{{Теорема
Граф [[Укладка_графа_на_плоскости| планарен]] тогда и только тогда, когда его миноры не содержат ни <tex> K_{5} </tex> ни <tex> K_{3, 3} </tex> .
|proof =
Иначе говоря в соответствии с [[Теорема_Понтрягина-Куратовского|теоремой Понтрягина-Куратовского]], теорему можно переформулировать: "« ''В графе <tex>G </tex> есть миноры содержащие <tex> K_{5} </tex> или <tex> K_{3, 3} </tex> тогда и только тогда, когда существует подграф гомеоморфный <tex> K_{5} </tex> или <tex> K_{3, 3} </tex>''" »  <tex>\Rightarrow</tex><br>
Разделим доказательство на две части
# Если в <tex>G </tex> существует минор содержащий <tex> K_{3, 3} </tex>, тогда в <tex>G </tex> существует подграф гомеоморфный <tex> K_{3, 3} </tex>. # Если в <tex>G </tex> существует минор содержащий <tex> K_{5} </tex>, тогда в <tex>G </tex> существует подграф гомеоморфный либо <tex> K_{3, 3} </tex> , либо <tex> K_{5} </tex>.  =====''Доказательство первой части '' <br/> =====  Если В силу определения минора, если в <tex>G </tex> существует минор содержащий <tex> K_{3, 3} </tex>,значит существуют множества вершин <tex> U_{1} </tex>,<tex> U_{2} </tex>,<tex> U_{3} </tex>,<tex> W_{1} </tex>,<tex> W_{2} </tex>,<tex> W_{3} </tex> попарно не пересекающиеся, образующие индуцированный связанный подграф <tex>G</tex>, такие что для каждого <tex>i </tex> и <tex>j </tex> существует <tex> {u_{i, j} \in U_{i}} </tex> и <tex> {w_{i, j} \in W_{j}} </tex>, такие что (и <tex> ({u_{i,j}} </tex>,<tex> {w_{i,j}} )</tex>) принадлежит множеству ребер исходного графа. Следовательно для каждого <tex>i </tex> существует поддерево в <tex>G с тремя листами как минимум</tex> , у которого три листа <tex>w_{1} \in W_{1}</tex>, <tex>w_{2} \in W_{2}</tex>, по одиному лист в каждом <tex> w_{3} \in W_{j3} </tex>, и с его другими вершинами внутри а все остальные вершины подграфа принадлежат <tex> U_{i} </tex>. Ситуация с <tex>j </tex> симметрична. <br/>В следствие Вследствие [[Лемма_о_рукопожатиях|леммы о рукопожатиях ]] дерево с тремя вершинами гомеоморфно <tex> K_{1, 3} </tex>. Таким образом, в <tex>G </tex> существует подграф гомеоморфный шести копиям <tex> K_{1, 3} </tex> соедененные соединенные три на три, т.е. получаем <tex> K_{3, 3} </tex>. <br/> =====''Доказательство второй части '' <br/>===== Если В силу определения минора, если в <tex>G </tex> существует минор содержащий <tex> K_{5} </tex>,значит существуют вершины множества вершин <tex> U_{1} </tex>...<tex> \ldots U_{5} </tex> попарно не пересекающиеся, образующие индуцированный связанный подграф <tex>G</tex>, такие что для всех <tex> {i \ne j} </tex> существует <tex> {u_{i; \left \lbrace i,j \right \rbrace} \in U_{i}} </tex> и <tex> {u_{j; \left \lbrace i,j \right \rbrace} \in U_{j}} </tex>, такие что ( <tex> {u_{i; \left \lbrace i,j \right \rbrace}, u_{j; \left \lbrace i,j \right \rbrace}} </tex>) принадлежит множеству ребер исходного графа. Следовательно для любого <tex>i </tex> существует поддерево <tex> T_{i} </tex> в <tex>G </tex> с четырьмя листьями, по одному листу в каждом <tex> U_{j} </tex> (<tex> ({i \ne j} ) </tex>) и с остальными вершинами внутри <tex> U_{i} </tex>. <br/>В следствие Вследствие [[Лемма_о_рукопожатиях|леммы о рукопожатиях ]] дерево с четырьмя вершинами гомеоморфно либо <tex> K_{1, 4} </tex> , либо двум связным копиям <tex> K_{1, 3} </tex>. Значит в <tex>G </tex> есть подграф гомеоморфный пяти копиям <tex> K_{1, 4} </tex>, соедененные соединенные друг с другом. Т.е. получаем <tex> K_{5} </tex>. В противном случае подграф гомеоморфный <tex> K_{3, 3} </tex> может быть получен с помощью следущих следующих процедур: #Берем одну из <tex> T_{i} </tex> гочеоморфную гомеоморфную двум соедененным соединенным копиям <tex> K_{1, 3} </tex>. Назовем их <tex> T_{i, r} </tex> и <tex> T_{i, b} </tex>.
#Покрасим в красный вершины <tex> T_{i, r} </tex>, за исключением двух вершин которые будут окрашены в синий.
#Покрасим в синий вершины <tex> T_{i, b} </tex>, за исключением двух вершин которые окрашены в красный.
#Покрасим в красный вершины <tex> T_{j} </tex>, которые включают в себя <tex> T_{i, b} </tex>.
#Удалим ребра соединяющие одноцветные вершины из разных <tex> T_{j} </tex>.
Такое "«''обрезание" привидет ''» приведет к тому что <tex> T_{j} </tex> будут иметь по три вершины, каждая содержится в таком подграфе, что она окрашено в другой цвет чем остальные вершины.
Граф
сформированный из красных и синих вершин вместе с оставшимися ребрами изоморфен <tex> K_{3, 3} </tex>.
 
<tex>\Leftarrow</tex><br>
 
Пусть существует подграф гомеоморфный <tex> K_{5} </tex> или <tex> K_{3, 3} </tex>. В силу гомеоморфизма, заметим, что данные подграфы можно получить только путем стягивания ребер между вершинами такими, что хотя бы одна их них должна иметь степень <tex>2</tex>. Удалим все ребра и вершины графа, которые не входят в этот подграф. Таким образом, мы получили минор содержащий <tex> K_{5} </tex> или <tex> K_{3, 3} </tex> соответственно.
}}
 
==См. также==
* [[Теорема_Понтрягина-Куратовского|Теорема Понтрягина-Куратовского]]
 
== Источники информации ==
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Graph_minor Graph minor — Wikipedia]
* Geir Agnarsson, Raymond Greenlaw. Graph Theory: Modeling, Applications and Algorithms, 2006 — глава 7.5 стр. 210
 
[[Категория: Алгоритмы и структуры данных]]
[[Категория: Укладки графов ]]
1632
правки

Навигация