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团

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图论中的团(clique)是一个顶点集合,其中任意两个不同顶点都相邻。等价地,该集合诱导出一张完全图。团把“每一对成员都有连接”写成一个全部顶点对都要满足的条件,强于只要求整体连通。

在边为 ab,ac,bc,cd,de 的图中,{a,b,c} 是三顶点团;{c,d} 是两顶点团;{c,d,e} 不是团,因为 ce 不存在,尽管三点通过路径连通。

虚框圈出两两相连的a、b、c三个顶点,外接路径c、d、e
框中每对不同顶点之间都有边,因此构成三顶点团;尾部的三个点只连成路径。

极大团和最大团

对有限无向简单图 G=(V,E),团 C 满足 ∀u,v∈C, u≠v⟹{u,v}∈E. 若不能再加入一个顶点而保持团性质,称为极大团;若顶点数在全部团中最多,称为最大团。最大团大小记为团数 ω(G)。任意单顶点都是团;是否把空集也称团只影响空图的约定,通常令空图团数为零。[1]

主例的 {c,d} 已是极大团:a,b 虽连接 c 却不连接 d,e 虽连接 d 却不连接 c,无一点可加入。但它不是最大团,因为三角形 abc 有三点。最大团必然极大,极大团却可能比最大团小很多;用“极大”代替“最大”会改变搜索问题。

主例的最大性证明

三角形 abc 给出 ω(G)≥3。若某个团含 e,它的其他顶点必须都在 N(e)={d} 中,故至多两点。若不含 e 却含 d,除 d 外只能取其邻居 c,也至多两点。剩下的团全部位于 {a,b,c} 中,至多三点。因此 ω(G)=3. 这份分类同时覆盖“团使用尾部”和“团只在三角形中”的所有情况;仅展示一个三角形并不能排除别处存在更大团。

变式。 添加边 ad,bd,而保留原来的 cd。此时 {a,b,c,d} 的六个顶点对都有边,形成 K4。顶点 e 仍只有一个邻居,不能加入四团,所以新团数为四。要从三团扩成四团,新顶点必须与原三团的三个成员全部相邻,少一条边都不够。

最大度和着色的两个界

若一个团有 k 点,每个成员在团内就有 k−1 个邻居,因此其全图度至少为 k−1。令最大度为 Δ(G),即得 ω(G)≤Δ(G)+1. 主例最大度三给出团数至多四,但实际只有三,说明这个界不总紧。星图最大度可很大,团数仍只有二,因为叶子之间不相邻。

若给顶点正常着色,任意相邻顶点颜色不同。团中的每一对都相邻,所以 k 团需要至少 k 种颜色,从而 ω(G)≤χ(G). 主例三色足够,例如 a:1,b:2,c:3,d:1,e:2,故两数都为三。但五顶点奇环没有三角形,团数为二;沿环交替使用两色会在闭合时冲突,需要三色,因此团数与色数一般不相等。区间图等特殊图类有额外结构使二者相等,不能推广到全部图。

与独立集及局部密度的区别

团在原图中要求所有顶点对有边,在补图中恰要求所有顶点对无边,因此 ω(G)=α(G‾). 这一等式给出团问题与独立集问题之间的转换。它不涉及连通分量:一个连通分量内部可以包含许多大小不同、互相重叠的极大团,主例中三角形与边 cd 就共享顶点 c。

“边很多”也不同于“构成团”。四点图有六个可能边,只缺一条时密度为 5/6,仍不是四团。若应用允许少量缺边,应另行定义稠密子图或拟团标准,不能把精确定义中的“每一对”换成“多数对”。

参考文献

  1. ↑ Alexander Schrijver:A Course in Combinatorial Optimization,2017年,§7.1“Cliques, stable sets, and colourings”,第111—113页。访问日期:2026-10-22。