“一个有限简单图是可平面图,当且仅当它不含 $K 5$ 或 $K {3,3}$ 的细分作为子图。$K 5$ 是五点两两相连的完全图;$K {3,3}$ 有两个各含三点的部分,每一对异侧顶点相连…”
形式陈述
设
这两条子集约束同时表达两件事:
若
诱导子图一旦选定顶点,顶点之间原有的边就必须全部保留。给定边集
子图关系具有传递性。若
直觉
普通子图给我们两次选择:先选留下哪些顶点,再选这些顶点间留下哪些边。诱导子图只给一次选择:顶点选定后,内部边便由母图唯一确定。因此寻找一条路径子图时可以忽略捷径;寻找诱导路径时,却必须检查选中顶点之间是否还存在额外边。
生成子图从另一方向固定了顶点集。生成树会删去多余边而保留所有顶点;诱导子图则先删去不关心的顶点,再让剩余边自动确定。看到“子图”二字时,先确认究竟固定顶点、固定边,还是两者都可选择,往往比计算本身更关键。
例子与边界
设
在铁路网络中,“只看某一区域内的所有车站和区域内全部直达线路”对应顶点诱导子图;“保留所有车站,只选高速线路”更接近生成子图。前一种操作不会自行删掉区域内部不喜欢的线路,后一种操作也不能漏掉孤立在筛选结果中的车站。
图 minor比子图多允许收缩边。把三角形的每条边各细分一次得到六圈
空图是每张图的子图,图本身也是自己的子图。若讨论有向图或多重图,子图仍需继承母图相应的方向与边身份;本页公式针对有限简单无向图,不能用集合
推论与应用
某个性质若随删除顶点和边保持,称为子图闭性质。可平面性与二分性都具有这种闭性;连通性没有,因为删除一条桥就可能把图断开。若性质只保证在顶点诱导子图下保持,则称为诱导遗传性质,结论通常更弱。
一组顶点诱导完全图时形成团;诱导无边图时形成独立集。生成树则是既覆盖全部顶点、又连通无圈的生成子图。这些常用对象分别固定了不同部分的子图自由度。
禁图定理必须写清允许哪种包含。Kuratowski 定理寻找
参考资料
- Oscar Levin,Discrete Mathematics: An Open Introduction,第 4 版,开放在线教材,§2.1 Problems and Definitions:简单图、子图和基本例子。
- Reinhard Diestel, Graph Theory, 5th ed., Springer, 2017, §§1.1–1.3.
- Douglas B. West, Introduction to Graph Theory, 2nd ed., Prentice Hall, 2001, §§1.1–1.2.
- J. A. Bondy and U. S. R. Murty, Graph Theory, Springer, 2008, Chapter 1.