形式陈述
设二分图 满足 、,并且不含一个 个顶点在 、 个顶点在 的 ,其中 。Kővári–Sós–Turán 定理给出
按Zarankiewicz 函数公理库Zarankiewicz 问题Zarankiewicz problem · Zarankiewicz function · z(m,n;s,t)在固定尺寸的零一矩阵中排除全一子矩阵,等价地求定向禁止完全二分子图时的最大边数。记号,即
交换两部并同时交换 ,还得到
两个界都正确,使用时可取较小者。特别地,固定 且两部同阶时,
指数由较小的禁图部大小 控制;把它误写成 会在 时给出不必要的弱界。
直觉
若图有很多边,右侧顶点平均会连接许多左侧点,于是每个右侧顶点贡献大量 元邻点组。另一方面,固定的左侧 元组最多被 个右侧顶点共同连接,否则它与这 个共邻点组成 。同一批“中心在右、叶在左的 星”既有由度数凸性给出的下界,又有禁图条件给出的上界;比较两边便限制总边数。
双重计数骨架
令 。数所有满足 、 的二元组 ,得到
右端的 正对应右侧允许的最大共同邻点数。若平均度 ,离散凸性给出
再用 与 ,整理即得定理。若平均度小于 ,线性误差项已直接覆盖。这个推导也固定了参数方向:求和遍历 ,选择的是 中的 元组。
例子与边界
取 。定理化为
当 时得到 。在 情形,这个通式只给 ,取整数为至多 ;直接保留二项式计数则能证明精确值是 。因此 KST 是统一渐近上界,不承诺每个小参数上精确。
对 ,有限射影平面的点—线关联图给出同阶 下界,说明指数 正确。对一般固定 , 的匹配下界在若干范围和构造中成立,尤其当 相对 足够大;但不能据此声称所有 的常数乃至数量级都已解决。许多具体 Zarankiewicz 问题仍是开放的。
当 极不平衡时,线性误差项可能主导,且转置后的界可能更强。只背诵对称写法 会抹去这种方向信息。定理也只排除普通子图;若要求诱导 、有向矩形或带符号模式,星计数上界必须重新检查。
推论与应用
KST 定理证明所有固定完全二分禁图的极值数为 ,并给出显式幂次,补足Erdős–Stone 定理公理库Erdős–Stone 定理Erdős–Stone theorem · Erdős–Stone–Simonovits theorem · 厄多斯–斯通定理固定禁图的色数决定其极值数的二次主项,而不决定低阶误差与精确取等结构。在二分情形只给零密度的不足。对一般二分禁图,先把它嵌入足够大的 也可得到某个次二次上界,尽管通常并不最优。
共同邻域计数广泛用于禁四圈图、关联几何、集合相交与数据库矩形问题。依赖随机选择公理库依赖随机选择Dependent random choice · DRC · 依赖随机选取随机抽取一组顶点并取其公共邻域,从平均稠密性中提炼出对所有小子集都成立的共邻结构。保留了同一核心直觉,却不只数平均的 元组:它从高平均度中抽取一个较大顶点集,使其中每个小子集都有许多共邻点,从而可以贪心嵌入结构更复杂的二分图。
参考资料
- Tamás Kővári, Vera T. Sós, and Paul Turán, “On a problem of K. Zarankiewicz,” Colloquium Mathematicum 3 (1954), 50–57.
- Béla Bollobás, Extremal Graph Theory, Academic Press, 1978, Chapter VI, Section 2.
- Zoltán Füredi and Miklós Simonovits, “The history of degenerate (bipartite) extremal graph problems,” in Erdős Centennial, Springer, 2013, 169–264.
- Yufei Zhao, Graph Theory and Additive Combinatorics: Exploring Structure and Randomness, Cambridge University Press, 2023, Section 1.4.