컨테이너 방식
Container method(하이퍼그래프) 컨테이너의 방법은 일반적인 구조를 특성화하고/또는 규정된 국부적 제약 조건을 가진 이산 객체 패밀리에 대한 극단적인 질문에 대답하는 데 도움이 될 수 있는 강력한 도구입니다.이러한 질문들은 극단 그래프 이론, 가산 조합론, 이산 기하학, 부호화 이론, 램지 이론에서 자연스럽게 발생한다; 그것들은 관련 분야의 가장 고전적인 문제들을 포함한다.
이러한 문제는 다음과 같은 형태의 질문으로 표현될 수 있다: 가장자리 집합 E(즉, 크기 제약이 있는 V의 하위 집합 집합 집합)를 가진 유한 정점 집합 V의 하이퍼그래프 H가 주어진다면, H의 독립적 집합(즉, E의 요소를 포함하지 않는 V의 하위 집합)에 대해 뭐라고 말할 수 있는가?하이퍼그래프 컨테이너는 이러한 문제를 해결하는 방법을 제공합니다.
역사
1907년 만텔과 1940년대 투란의 저작으로 거슬러 올라가는 극단적 그래프 이론의 근본적인 문제 중 하나는 고정된 금지 H의 복사본을 포함하지 않는 그래프를 하위 그래프로 특징짓도록 요청한다.다른 영역에서, 가법 조합론의 동기 부여 질문 중 하나는 Roth ( \ k)와 Szemerédi (일반 k)에 의해 주어진 이 크기의 상한을 갖는 k-항 산술 급수를 포함하지 않고 정수 집합이 얼마나 클 수 있는지를 이해하는 것이다.
컨테이너의 방법(그래프 내)은 1980년 클라이트만과 윈스턴에 의해 처음 개발되었으며,[2] 클라이트만은 4사이클 없이[1] 격자와 그래프의 수를 제한했다.용기 스타일의 보조 수학자는 다른 맥락에서 여러 수학자에 의해 독립적으로 개발되었으며, 특히 2002-2003년에 이 접근방식을 사용하여 정규 [3]그래프에서 독립 집합을 열거하고, 아벨 그룹의 [4]합이 없는 집합을 열거하고, 다양한 다른 열거 문제를[5] 연구했다.
이러한 아이디어를 하이퍼그래프 컨테이너 보조 개념으로 일반화한 것은 2015년 Saxton과 Thomason[6], Balogh, Morris 및 Samotij에[7] 의해 다양한 이전 관련 작업에서 영감을 받아 독립적으로 고안되었다.
주요 아이디어 및 비공식 성명
조합론의 많은 문제들은 그래프와 하이퍼그래프의 독립적인 집합에 대한 질문으로 재캐스팅될 수 있다.예를 들어 정수 1~n의 서브셋을 이해한다고 가정합니다.이 서브셋은 k항 산술 급수가 없는 [)\displaystyle[이러한 세트는 k-tyle H ( {,,… , ,E) (\ H= (\{2, \ )에서의 독립 세트입니다.여기서 는 {, 2, \,\} style 의 모든 k-term 산술 진행의 집합입니다.
상기(및 다른 많은) 인스턴스에서는 보통 하이퍼그래프H에 대해 다음 두 가지 자연스러운 문제가 발생합니다.
- H의 최대 독립 집합의 크기는 얼마입니까?H의 최대 크기 독립 집합 집합 집합은 어떻게 보이나?
- H는 얼마나 많은 독립된 세트를 가지고 있는가?H의 "표준" 독립형 세트는 어떻게 생겼습니까?
이 문제들은 단순한 관찰로 연결된다.α() \ ( )가 가장 큰 독립 H 세트의 크기라고 하고,H ( \ H )에i (H) \ i ( )가 합니다.그리고나서,
여기서 하한은 최대 독립 집합의 모든 하위 집합을 취합니다.이러한경계는 ( ) \( H )가 하이퍼그래프의 정점 수에 가까운 매우 큰 경우를 하고 서로 상대적으로 멀리 떨어져 있습니다.그러나 조합 문제에서 자연적으로 발생하는 많은 하이퍼 그래프에서 우리는 하한이 실제 값에 가깝다고 믿을 이유가 있다. 따라서 일차적인 목표는 i(H)의 상한을 개선하는 것이다.
하이퍼그래프 컨테이너 보조항목을 사용하면 하이퍼그래프에서 독립 집합 패밀리의 구조와 크기를 이해할 수 있습니다.기본적으로 하이퍼그래프 컨테이너 방법을 사용하면 하이퍼그래프, 컨테이너 모음, 다음 속성을 충족하는 정점의 하위 집합에서 추출할 수 있습니다.
- 컨테이너가 너무 많지 않습니다.
- 각 컨테이너는 가장 큰 독립 집합보다 크지 않습니다.
- 각 용기에는 가장자리가 거의 없습니다.
- 하이퍼그래프의 모든 개별 세트는 일부 컨테이너에 완전히 포함됩니다.
이름 컨테이너는 이 마지막 조건을 나타냅니다.그러한 컨테이너는 종종 독립 집합(용기의 하위 집합)의 집합을 특성화하고 하이퍼그래프의 독립 집합을 열거하는 효과적인 접근방식을 제공한다(단순히 컨테이너의 모든 가능한 하위 집합을 고려함).
하이퍼그래프 용기 보조항은 위의 용기 분해를 두 조각으로 달성합니다.그것은 결정론적 함수 f를 구성한다.다음으로 하이퍼그래프 H의 개별 세트I에서 추출하는 알고리즘을 제공합니다.이것은 비교적 작은 \ Icalled S S ∪ \ S \ S \ ( ) \ S \ f ( S )。지문의 크기가 작기 때문에 이러한 컨테이너 세트의 수를 적절히 제어할 수 있습니다.
그래프 컨테이너 알고리즘
우리는 먼저 그래프에서 독립 집합의 수에 대한 강한 상한을 보여주는 방법을 설명한다. 이 설명은 원래 Kleitman-Winston과 Sapozhenko에 의해 채택된 그래프 용기 방법에 대한 Samotij의[8] 조사에서 수정되었다.
표기법
다음 항에서는 다음 표기법을 사용합니다.
- ( ,) { G = ( , )는 V { V }개의 정점에 그래프입니다. 여기서 정점 에는 { 1, , n { \ { _ {1 , \, v n \}} }} }。
- () { ) : () { i ( G ) : \) 。( G , r ) { displaystyle i ( , { i ( G , )} { displaystyle ( G , r )는 r 의 독립 집합의 집합의 집합입니다.
- 정점 A- {\A\ V의 최대도 순서는 유도 G [ {\ G의 A의 정점 순서입니다.
클라이트만-윈스턴 알고리즘
다음 알고리즘은 그래프의 모든 독립된 세트에 대해 작은 "지문"을 제공하고 전체 독립 집합을 포함하는 너무 크지 않은 부분 집합을 구성하기 위해 지문의 결정론적 함수를 제공합니다.
그래프 G, 독립 I ( ) \ I \ ell ( )및 양의 qI \ q \ I를 수정합니다.
- 초기화: ( )、 { A ( ) 、 입니다.
- s ,, { s에 대해 반복합니다.
- A, ( 1 , A) ( A , , ( v { , \_ { A )의 도수 순서를 설정합니다.
- sI {\ I유도 서브그래프 G[A]에서 가장 큰 A의 정점)가 최소 {\를 구한다.
- { s , ( { 1 , , s ∪ ( s) { \ \ { _ j { } \ , , , , , , , \ A \ ( \ { _ { ) , { } ) } , .
- 벡터1, q 와 정점 AI(\ A I를 출력합니다.
분석.
구조상 상기 알고리즘의 출력에는 { j,… , v } I { ,… , q ( I) \ \ { _ { _ { j _ {1 , \, v _ { { q } \ I \ { { 1 } )。이 값은 완전히 {1, q}({ 에의해 결정되며 의 이외에는 A ( 1, , q) ( { } , ., { I )라고 .의 알고리즘에서는 벡터 1,… q S=\{j_}}\}=1},\q}})가 (1 …, 앞에 표시됩니다
즉 S(\S)는 지문을, S 1… 는A1 q는 A(},\q})\A(q})는 용기에 적합한 선택임을 .보다 정확하게는 출력 시퀀스 1, q) {( \의 크기 r {\ G의 된 세트 수를 합계로 묶을 수 있습니다.
- ( , ) ( ) i ( [ ( j , q)] , -q ) ( )、 ( , )r - ) \ { ( r ) { s = { s= } } ^{ } ( A }
여기서 r을 합산하여 그래프의 총 독립 세트 수를 제한할 수 있습니다.
- _ r _
이 상한을 최소화하기 위해 이 두 항의 균형을 맞추거나 최소화하는 qq를 합니다.이 결과는 (A( 1, q)(\A(를 하기 위해) 정점을 최대 차수로 정렬하는 값을 나타냅니다.
렘마
위의 부등식과 관측치는 벡터( s에 대한 명시적 합과는 별도로 보다 일반적인 설정으로 나타낼 수 있다.
Lemma 1: G n에 n n을 지정하면 q(\q)와 Rdisplaystyle 이 R R을 한다고 가정합니다. R개의 정점은 \beta의 가장자리 밀도를 가집니다.그러면 모든 r {\ r에 대해
Lemma 2: GG )를의 정점에 그래프로 하고, n(style R) D n R가 되도록 q)와 R(\ R가 선택되었다고 합니다.If R모든 Udisplay style R가 q)를 선택합니다.는 U / 의(\ D /)개의 에지를 가지며,q개의 (\q}개의 정점("지문")과 결정론적 f : f의 가 있습니다 독립 IV (\ I \ V ( )、 S If ( )、S \ \ ( S )S . s F \ s
하이퍼그래프 컨테이너 용어집
비공식적으로 하이퍼그래프 컨테이너 보조항목을 통해 동일한 지문을 가진 모든 독립 집합이 크기 n에서 경계가 지정된 더 큰 집합인 ( S)에 속하도록 각 독립 집합에 작은 S ISI)를 할당할 수 있습니다.하이퍼그래프의 꼭지점 몇 개.또한 이러한 지문은 작기 때문에 용기가 거의 없기 때문에 하이퍼그래프의 몇 가지 간단한 특성을 사용하여 기본적으로 최적의 방법으로 크기를 상한으로 할 수 있습니다.
k k H\displaystyle {와 관련된 다음 표기법을 기억합니다.
- l () : { H ( ) A () , A { \ _ { l} ( { \ { )를 정의합니다.max)\mid}}), 양의 1(\ 1 k에 대한 =\}(서 DA {}) E }
- ( ) { {\ ( {\ {H)。 {I}는 이러한 독립 집합을 나타냅니다.
진술
우리는 Balogh, Morris, Samotij, Saxton의[9] 작품에서 발견된 이 보조개조의 버전을 말한다.
H{를 k k - 균일한 하이퍼그래프라고 하고 l l및 \{N에 대해 다음과 같은 이 있다고 가정합니다{\ _ 그 후 P (() \ cal { } { set} { } { set} { displaystyleval }h 그거
- I( ) { I { I } { { I { I S ( - ) \ S \( I i I I I I ( ( ( ( ( S ( I。
- ( - \ \ { } 및 -k ( + style \ ^ { - ( + )} 。
응용 프로그램 예시
일반 그래프
독립 집합 수에 대한 상한
모든 의\n - d \d \ G ( + log d) 2\ i ( ) \ 2 ^ { \ + \ } { G { \ log frt frac }
trivial i ( , )48 0. ( ( , r \ r \ n / 2 n 를 하여각 의 세트 수를 제한할 수 있습니다.r > 1/ + n d . \ \ displaystyle > , q= \ 1 display \ \ { n } { { } { n } { n } { n } + { n }와 함께 합니다.
0 n { \ \ n }의 합계는 다음과 같습니다.
- ( ) 2.n + n + n d + / β 2 ( n) \ i ( ) \ 2 { 0 . n } + ^ { \ { n} + { \ { + { \ / .
β log / .{ \ displaystyle\log d하면 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.
무합계 세트
+ \ x + = z \ + z \ displaystylex + = \ ( /2 + () 2/ ) ndisplay 2 .,2
이는 일반 그래프에서 독립 집합의 수에 대한 위의 한계를 따릅니다.이를 보기 위해서는 보조 그래프를 작성해야 합니다.우선 하위 조건까지는 n// n개 이상의 요소가 n2 n/2)보다 작은 무합 집합으로 초점을 제한할 수 있다는 것을 알 수 있다(이를 보완하는 서브셋의 수는 최대 ) 。
일부 {1,, / - { S \ \ {, 2 , \ /2 \ - \} some set set set g g n G\ [ n{ } 、 { { } set { { {{ { n }를 정의합니다. x y S(-의 경우 의각 요소가n/2 n보다 작기 때문에 보조 그래프가 2 S 을 확인합니다. A [ n]{ \ [n], 세트 A S A \ S _ {A}의 엔트리는 그래프 된 세트입니다.앞으로 서브셋의 수를 나타냅니다.
삼각형이 없는 그래프
하이퍼그래프 컨테이너 보조항목을 사용하여[10]의 정점을 가진 이 없는 그래프의 수에 점근적으로 엄격한 상한을 제공하여 열거형 에 답하는 방법을 설명한다
비공식 성명
초당 그래프는 삼각형이 없기 때문에 정점이 삼각형의 자유 그래프의 수는 2 2 / 4 { \ { } / 4 \ rfloor 입니다.이는 균형 잡힌 그래프의 모든 가능한 부분 그래프 / 2 n 2 display / display ) 。n/2
정점 V ( ) ( ) ( \ ( H ) = ( K _ {n } )및 에지 E ( ) { 1, 2, ( ) ( 、 H) 、 ( 1 1 ) 。 하이퍼그래프는 정점에 삼각형이 없는 그래프의 패밀리가 이 하이퍼그래프의 독립 집합인 라는 점에서 삼각형을 "인코딩"합니다.
위 하이퍼그래프는 의 각 모서리 V는 정확히 -(\개의 삼각형에 포함되며 V V(의 각 요소 쌍은 최대 1개의 삼각형에 포함됩니다.따라서 하이퍼그래프 컨테이너 보조항목을 적용하면 하이퍼그래프의 각 삼각형 없는 그래프/독립적인 세트를 포함하는 몇 개의 삼각형을 각각 포함하는 O( 3 /) { n { O ( n^2 ) } 패밀리가 있음을 보여줄 수 있습니다.
삼각형이 없는 그래프 수에 대한 상한
먼저 범용 하이퍼그래프 컨테이너를 다음과 같이 3균일한 하이퍼그래프로 한정합니다.
Lemma: c> { c > }마다 { \ > }이 존재하므로 다음 사항이 유지됩니다. H를 평균도 1 / \ \ 1의 3균일한 하이퍼그래프로 하고, 1( ) d( ) \ \ ( ) cdelta \ { cdelta \ 。{\{{의 최대 ((의 {\style V({d}}}}}}}의 하위 집합은 다음과 같은 내용을 포함합니다
- II ( H ) { I \ \{ I} C\ I \ C \ \ { 에는 가 합니다
- CC \ C \ \ { } all all c -\ ( )
이 보조항목을 반복적으로 적용하면 다음과 같은 정리가 된다(아래에서 입증됨).
정리: > 에 대해 C>(\ C 0)이 존재하며 다음과 같은 상태가 유지됩니다.각 양의 정수 n에 대해 G C 3/ { style } \ nCn}인 꼭지점 n개 그래프 G(\가 존재한다.
- 각 G ( \ G \ \ { } )는 , (\ \ n^ {3)보다 작은 삼각형을 가집니다.
- 정점에 각 삼각형이 없는 그래프는 일부 G \ \ { 에 포함되어 있습니다.
실증: 위에서 정의한 H(\ H를 고려합니다.앞에서 비공식적으로 관찰한 바와 같이 하이퍼그래프는 (2)、 2( H ) , ( ) - ( \ V ( ) = { \ 2 , \ _ { ( H ) d ( v ) =n -2 ( ) 。c를 사용하여 N 3/)의 컬렉션(\ {를 (\n2}).\n (\style에 표시
- 모든 삼각형의 자유 그래프는 CC \ \ { C의서브 그래프입니다.
- C에는 최대 - ( (- \){n\ 2개의 에지가 있습니다.
이것은 우리가 보여주고 싶은 결과만큼 강하지 않기 때문에 용기 보조제를 반복적으로 적용한다.최소 n 삼각형을 가진 컨테이너 C가 있다고 가정합니다.컨테이너 보조항목을 유도 H[ { H { H 6 n에 적용할 수 있습니다.C{ C의 삼각형이 H C의 모서리이기 때문입니다.최대( 2) { n \ 개의 정점.따라서 매개 / { c= 1 / \ }인 Lemma를 적용하고 컨테이너 세트에서C C를 제거하고 I(H[C를 덮는 컨테이너 세트(\로 대체할 수 있습니다.
각 컨테이너가 3스타일 \ n 미만의 삼각형을 포함하는 C의 최종 컬렉션을 얻을 때까지 반복할 수 있습니다.이 컬렉션은 너무 클 수 없습니다.유도된 모든 서브그래프는 최대 2)개의정점과 n의 평균 도수를 가지고 있습니다.즉, 각 반복이 의 결과가 된다는 뜻입니다.또한 컨테이너 크기는 매회 1- ( \ \ )의 줄어들기 때문에 (\ displaystyle \ epsilon 에 따라) 제한 횟수(\ \ }에 따라)를 반복하면 반복 프로세스가 종료됩니다.
「 」를 참조해 주세요.
독립 집합(그래프 이론)
세메레디의 정리
세메레디 규칙성 보조항
레퍼런스
- ^ Kleitman, Daniel; Winston, Kenneth (1980). "The asymptotic number of lattices". Annals of Discrete Mathematics. 6: 243–249. doi:10.1016/S0167-5060(08)70708-8. ISBN 9780444860484.
- ^ Kleitman, Daniel; Winston, Kenneth (1982). "On the number of graphs without 4-cycles". Discrete Mathematics. 31 (2): 167–172. doi:10.1016/0012-365X(82)90204-7.
- ^ Sapozhenko, Alexander (2003). "The Cameron-Erdos conjecture". Doklady Akademii Nauk. 393: 749–752.
- ^ Sapozhenko, Alexander (2002). "Asymptotics for the number of sum-free sets in Abelian groups". Doklady Akademii Nauk. 383: 454–458.
- ^ Sapozhenko, Alexander (2005), "Systems of Containers and Enumeration Problems", Stochastic Algorithms: Foundations and Applications, Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, pp. 1–13, ISBN 978-3-540-29498-6, retrieved 2022-02-13
- ^ Saxton, David; Thomason, Andrew (2015). "Hypergraph containers". Inventiones Mathematicae. 201 (3): 925–992. arXiv:1204.6595. Bibcode:2015InMat.201..925S. doi:10.1007/s00222-014-0562-8. S2CID 119253715.
- ^ Balogh, József; Morris, Robert; Samotij, Wojciech (2015). "Independent sets in hypergraphs". Journal of the American Mathematical Society. 28 (3): 669–709. doi:10.1090/S0894-0347-2014-00816-X. S2CID 15244650.
- ^ Samotij, Wojciech (2015). "Counting independent sets in graphs". European Journal of Combinatorics. 48: 5–18. doi:10.1016/j.ejc.2015.02.005. S2CID 15850625.
- ^ Balogh, József; Morris, Robert; Samotij, Wojciech (2015). "Independent sets in hypergraphs". Journal of the American Mathematical Society. 28 (3): 669–709. doi:10.1090/S0894-0347-2014-00816-X. S2CID 15244650.
- ^ Balogh, József; Morris, Robert; Samotij, Wojciech (2018). "The method of hypergraph containers". Proceedings of the International Congress of Mathematicians: Rio de Janeiro. arXiv:1801.04584.