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[科普中國(guó)]-子圖多項(xiàng)式

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取定圖G的一個(gè)子圖族F,對(duì)其中每一個(gè)子圖α∈F,賦以某一整環(huán)R中之元 wα,作為它的度量,這樣一個(gè)具有度量的子圖族F便稱為“覆蓋單元集”;其中每一個(gè)子圖α 稱為“(覆蓋)單元”。當(dāng)G為無(wú)向圖,F(xiàn)由G的一切連通子圖所構(gòu)成時(shí),圖G在F之下的點(diǎn)覆蓋多項(xiàng)式稱為“子圖多項(xiàng)式”,而當(dāng)單元α∈F的度量w(α)不同時(shí),可得一些特殊的多項(xiàng)式,例如雙色多項(xiàng)式、秩多項(xiàng)式、色多項(xiàng)式等。

基本介紹考察有向(無(wú)向)簡(jiǎn)單圖 ,其中 ,必要時(shí)也可以考慮有自環(huán)(loop)的有向圖,今后分別以V(S)及E(S)表示子圖S的頂點(diǎn)集及邊集;記號(hào) 表示子圖的并運(yùn)算。

相關(guān)定義定義1取定圖G的一個(gè)子圖族 ;對(duì)其中每一個(gè)子圖 ,賦以某一整環(huán)R中之元 ,作為它的度量,這樣一個(gè)具有度量的子圖族 便稱為“覆蓋單元集”;其中每一個(gè)子圖α稱為“(覆蓋)單元”。

定義2對(duì)于不含全不連通子圖的覆蓋單元集 而言,圖G的一個(gè)“邊覆蓋”,是指由若干個(gè)無(wú)公共邊的單元所組成的集合 ,使得

換言之, 構(gòu)成邊集E(G)的一個(gè)劃分。

**定義2’**對(duì)給定的覆蓋單元集 而言,圖G的一個(gè)“點(diǎn)覆蓋”,是指由若干個(gè)無(wú)公共頂點(diǎn)的單元所組成的集合 ,使得

換言之, 構(gòu)成頂點(diǎn)集V(G)的一個(gè)劃分。

邊(點(diǎn))覆蓋多項(xiàng)式定義3對(duì)給定的覆蓋單元集 ,設(shè)圖G所有邊(點(diǎn))覆蓋所構(gòu)成的集族為 ,對(duì)每一覆蓋 ,賦以一個(gè)單項(xiàng)式

進(jìn)而對(duì)圖G賦以一個(gè)多項(xiàng)式

這個(gè)P(G)便稱為圖G在 之下的“邊(點(diǎn))覆蓋多項(xiàng)式”。

下文始終采取“空和為零,空積為1“的習(xí)慣約定,因此,當(dāng) 時(shí),P(G)=0,當(dāng)G= (空?qǐng)D)時(shí),只有一個(gè)覆蓋 ;而 ,所以 。其次,在邊覆蓋多項(xiàng)式的情況,增減一些孤立頂點(diǎn)時(shí)邊覆蓋不變,因而多項(xiàng)式亦不變;故此時(shí)不妨假定圖G并無(wú)孤立頂點(diǎn)1。

子圖多項(xiàng)式的定義當(dāng)G為無(wú)向圖, 由G的一切連通子圖所構(gòu)成時(shí),圖G在 之下的點(diǎn)覆蓋多項(xiàng)式稱為“子圖多項(xiàng)式”,而當(dāng)單元 的度量 不同時(shí),可得一些特殊的多項(xiàng)式,例如:

(1°) 對(duì)每一單元 ,賦以度量 ,其中 為連通子圖α的圈秩,那么圖G在這種覆蓋意義下的多項(xiàng)式

就是雙色多項(xiàng)式,其中p(S)及q(S)分別表示由S的單元的并所構(gòu)成的支撐子圖的分圖數(shù)及圈秩

(2°) 若令 ,其中 為連通子圖α的秩,則

就是秩多項(xiàng)式,其中, 表示由S所成的支撐子圖的秩。

(3°) 若令 ,其中 為連通子圖α的邊數(shù),則

就是色多項(xiàng)式,事實(shí)上,記 ,并以 表示H的生成子圖的秩,則上式可改寫為

這就是色多項(xiàng)式的展開式(極易由容斥原理推出)。

相關(guān)概念圈多項(xiàng)式在無(wú)向圖的情況,設(shè) 由G中所有的K1(一點(diǎn)生成子圖)、K2(一邊生成子圖)及初級(jí)圈(點(diǎn)數(shù)≥3)所構(gòu)成,R為實(shí)數(shù)域上的多項(xiàng)式環(huán),由此產(chǎn)生出的點(diǎn)覆蓋多項(xiàng)式通常稱為“圈多項(xiàng)式”,特別當(dāng)單元K1的度量為 (未定元),K2的度量為-1,其它初級(jí)圈的度量為-2時(shí),點(diǎn)覆蓋多項(xiàng)式就是熟知的特征多項(xiàng)式,其中p(S)為S中有邊的單元數(shù),q(S)為S中的圈數(shù)。

匹配多項(xiàng)式設(shè) 由G中所有子圖K1及K2所構(gòu)成,它們的度量分別為x及y,由這種單元組成的點(diǎn)覆蓋S就是圖G的“匹配”(matching);它對(duì)應(yīng)的單項(xiàng)式為 ,其中 為S中單元K2的數(shù)目(邊數(shù)),于是

就是圖G的匹配多項(xiàng)式,其中 為k邊匹配的數(shù)目1。

相關(guān)定理設(shè)圖G= (V,E)在單元集 之下的邊(點(diǎn))覆蓋多項(xiàng)式為P(G),下面將給出這兩類多項(xiàng)式的一般消去定理。

定義4對(duì)任意的頂點(diǎn)子集 及邊子集 ,二元組 稱為G的“偽子圖”。

當(dāng) 中每條邊所關(guān)聯(lián)的頂點(diǎn)均屬于 時(shí), 就是通常意義的子圖, 將簡(jiǎn)記為 。

定義5給定G的一個(gè)偽子圖H,圖G關(guān)于H的部分邊(點(diǎn)) 覆蓋SH,是指由若干個(gè)無(wú)公共邊(點(diǎn))的單元所組成的集合,這些單元的并包含了H的全部頂點(diǎn)和邊,且每個(gè)單元都至少含有H的一個(gè)頂點(diǎn)或一條邊。

對(duì)于圖G的一個(gè)邊(點(diǎn))覆蓋S 而言,如果S覆蓋著H的點(diǎn)和邊,則將S 中含有H的頂點(diǎn)或邊的單元取出來(lái),這樣構(gòu)成的子集SH一定是關(guān)于H的部分覆蓋,即有 ,但反過(guò)來(lái)說(shuō),一個(gè)部分覆蓋卻不一定能成為某個(gè)覆蓋的子集(它未必能添上一些單元后構(gòu)成G的覆蓋)。

定義6對(duì)部分邊(點(diǎn))覆蓋 而言,其相應(yīng)的單項(xiàng)式定義為

特別當(dāng) ,因而 時(shí), 。

此外,我們記

現(xiàn)在,分兩種情況討論。

邊覆蓋多項(xiàng)式的消去定理

定義7一個(gè)關(guān)于H的部分邊覆蓋SH稱為極大的,如果不存在以它為真子集的另一個(gè)關(guān)于H的部分邊覆蓋

命題 對(duì)任一個(gè)邊覆蓋 ,由其中所有含有H的頂點(diǎn)或邊的單元所構(gòu)成的部分邊覆蓋SH一定是極大的。

**證明:**設(shè) 是按上述方式導(dǎo)出的部分邊覆蓋,那么H中的邊( )及H中的頂點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的邊( 的端點(diǎn) )均被SH的單元所覆蓋;而任一單元均非孤立點(diǎn),所以不存在這樣的單元,它與SH的單元無(wú)公共邊而又包含H的頂點(diǎn)或邊,故SH為極大的。

定理1設(shè)圖G在單元集 之下的邊覆蓋多項(xiàng)式為P(G),并設(shè) 為G的一個(gè)偽子圖,則

其中 為G關(guān)于H的一切極大的部分邊覆蓋的集合。

點(diǎn)覆蓋多項(xiàng)式的消去定理

取定圖G的一個(gè)偽子圖 ,考察由它除去一些邊所成的偽子圖H的集合

對(duì)于每一個(gè) ,又考察部分點(diǎn)覆蓋的集合

{部分點(diǎn)覆蓋 }. (4)

就是G關(guān)于H的部分點(diǎn)覆蓋,它的單元包含J' 的邊,而不包含 的邊。為更明顯起見,對(duì)于 ,我們令 。那么, 就是圖GH關(guān)于H的部分點(diǎn)覆蓋。

定理2 設(shè)圖G在單元集 之下的點(diǎn)覆蓋多項(xiàng)式為P(G),并設(shè) 為G的一個(gè)偽子圖,則

其中集合 分別由(3)(4)式所定義1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王海俠 - 副教授 - 南京理工大學(xué)