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弦图

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弦图是每个长度至少为四的环都有一条弦的简单无向图。环的弦连接环上两个不相邻的顶点;它把较长的环切成两个较短的环。这里考察有限图。

从四顶点环开始

四顶点环 1−2−3−4−1 没有对角线,因此有一个长度为四、没有弦的环,不是弦图。增加边 13 后,原来的四环被这条弦切成三角形 123 与 134;这个四顶点图中所有长度至少为四的环都有弦,故是弦图。

同一四顶点环左边没有对角线,右边补上一条连接一与三的对角线
左侧四环没有弦;右侧边 13 是四环的一条弦。

长度为三的环无需有弦:三角形中的每一对顶点原本已经沿环相邻。树不含任何环,因此按定义也是弦图。[1]

等价的诱导子图描述

一个环如果没有弦,那么取该环全部顶点的诱导子图时,所得边恰是环边;这称为诱导环。反过来,长度至少四的诱导环不可能有弦,因为弦若存在也必须出现在诱导子图里。因此,下列说法等价:

  • 图是弦图。
  • 图没有长度至少为四的诱导环。

这里“诱导”不可省略。弦图当然可以包含长度为四的环;只要该环有对角线,它就不构成无弦的诱导四环。

消去顶点

如果一个顶点的所有邻居两两相邻,称该顶点为单纯顶点。对上面的例子,顶点 2 的邻居是 1 和 3,二者由边 13 相连;去掉顶点 2 后,顶点 4 的邻居仍是 1 和 3。依次删除 2,4,1,3,每次删除的顶点在当时剩余的图中都是单纯顶点。这种顺序叫完全消去序。

一个有限无向图是弦图,当且仅当它存在完全消去序。先验证其中一个方向:假如有完全消去序,任取一个长度至少为四的环,选择环上在该顺序中最早删除的顶点。当它被删除时,其两个环上邻居都还在;单纯性要求这两个邻居相邻。这条连接边不是环边,因而是该环的弦。反方向即每个弦图都存在完全消去序,需要单独证明,不能仅凭一个例子推出。完全消去序可用于一些图算法与稀疏矩阵计算,具体算法仍需考虑如何有效找到该顺序。

参考资料

  1. ↑ Jean R. S. Blair、Barry W. Peyton,An Introduction to Chordal Graphs and Clique Trees,第 2.3 节,弦图与完全消去序。