Advances in Applied Mathematics
Vol. 10  No. 09 ( 2021 ), Article ID: 45070 , 12 pages
10.12677/AAM.2021.109312

外平面图的区间全染色

张乔慧,井普宁

浙江师范大学数学与计算机科学学院,浙江 金华

收稿日期:2021年8月6日;录用日期:2021年8月31日;发布日期:2021年9月8日

摘要

图G的一个正常全染色是指一个映射 φ : V ( G ) E ( G ) N ,使得 V ( G ) E ( G ) 中任意两个相邻的或相关联的元素染不同颜色。一个t-区间是指t个连续整数组成的集合。如果G的一个使用了颜色 1 , 2 , , t 的全染色使得G中任意顶点v以及与v关联的边使用了 d G ( v ) + 1 种连续的颜色,其中 d G ( v ) 是G中顶点v的度,并且G中至少存在一个顶点或者一条边被染颜色i, i = 1 , 2 , , t ,则称此全染色为图G的一个区间全染色。在本文中,我们研究外平面图的区间全染色。

关键词

区间全染色,外平面图

The Interval Total Colorings of Outerplane Graphs

Qiaohui Zhang, Puning Jing

College of Mathematics and Computer Science, Zhejiang Normal University, Jinhua Zhejiang

Received: Aug. 6th, 2021; accepted: Aug. 31st, 2021; published: Sep. 8th, 2021

ABSTRACT

A total coloring of a graph G is a mapping φ : V ( G ) E ( G ) N , such that no adjacent vertices, edges, and no incidnet vertices and edges in V ( G ) E ( G ) obtain the same color. A t-interval is a set of t consecutive integers. An interval total t-coloring of a graph G is a total coloring of G with colors 1 , 2 , , t such that at least one vertex or edge of G is colored by i, i = 1 , 2 , , t , and the edges incident to each vertex v together with v are colored by d G ( v ) + 1 consecutive colors, where d G ( v ) is the degree of the vertex v in G. In this paper, we study the interval total coloring of outerplane graphs.

Keywords:Interval Total Coloring, Outerplane Graphs

Copyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

本文只考虑有限的无向的简单图,设G是一个点集为 V ( G ) ,边集为 E ( G ) 的图,它的最大度,最小度分别为 Δ ( G ) δ ( G ) 。对于任意顶点 v V ( G ) ,令 d G ( v ) 为G中顶点 的度。对于G的一个全染色 φ ,将 S [ v , φ ] 定义为

S [ v , φ ] = { φ ( v ) } { φ ( e ) | e v }

对于任意两个整数 a , b [ a , b ] = { a , a + 1 , , b } 。一个t-区间是指t个连续整数组成的集合。设 φ 为G的一个全染色,所使用的颜色集合为 C = { 1 , 2 , , t } ,且每种颜色至少出现一次,若对于每一个顶点 v V ( G ) ,与v相关联的边以及v本身所使用的颜色构成一个整数区间,则称此全染色为图G的一个t-区间全染色。我们将使得图G存在一个t-区间全染色的最小的和最大的非负整数t分别称为图G的最小区间全色数和最大区间全色数,分别记为 w t ( G ) W t ( G )

2005年,Petrosyan在 [1] 中首先给出了图的区间全染色的概念,并且证明了如果 m + n + 2 gcd ( m , n ) t m + n + 1 ,那么完全二部图 K m , n 存在t-区间全染色。2008年,Petrosyan和Torosyan在 [2] 中得出了 w t ( K n ) , W t ( K n ) w t ( Q n ) 的值以及 W t ( Q n ) 的下界。2009年,Petrosyan和Torosyan在 [3] 中得出了 W t ( K m , n ) 的值。2009年,Petrosyan,Shashikyan和Khachatryan在 [4] [5] 中得出了树的最小区间全色数的上界以及轮图 W n w t ( W n ) W t ( W n ) 的值。2010年,Petrosyan,Shashikyan和Torosyan在 [6] 中得出了 ( r , r 1 ) -双正则二部图以及 ( r , 2 ) -双正则二部图都存在区间全染色。2013年,Petrosyan和Khachatryan在 [7] 中证明了路或圈与r-正则图的笛卡尔积分别存在区间全染色。2014年,Petrosyan和Khachatryan在 [8] 中得出了 w t ( K n , , n ) 的上界和 W t ( K n , , n ) 的下界。

2. 主要结果

在展示主要结果前,我们先建立一些引理。

引理1 [9] 如果图G是一个 Δ = 3 的2-连通外平面图,则至少有以下之一成立:

(1) 存在相邻的两个2度点u和v;

(2) 存在一个三角面uvw使得 d G ( u ) = d G ( w ) = 3 d G ( v ) = 2

定理1 如果图G是一个 Δ = 3 的外平面图,则 w t ( G ) 5

证明:我们先考虑 δ = 2 的情况。

情况1 G中不存在割边。

我们对图G的顶点数 | V ( G ) | 进行归纳。对于 | V ( G ) | = 4 ,结论显然成立。假设此定理对于图H成立,其中 Δ ( H ) = 3 δ ( H ) = 2 4 < | V ( H ) | < | V ( G ) | 。由引理1知:至少有以下之一成立:(1) 存在相邻的两个2度点u和v;(2) 存在一个三角面 使得 d G ( u ) = d G ( w ) = 3 d G ( v ) = 2 。因此,我们考虑两种子情况。

情况1.1 u v E ( G ) d G ( u ) = d G ( v ) = 2

显然,此时G中存在两个不同顶点x,y使得 u x E ( G ) v y E ( G )

情况1.1.1 x y E ( G )

H = G u v + x y ,显然, | V ( H ) | < | V ( G ) | ,且 Δ ( H ) = 3 δ ( H ) = 2 。由归纳假设知:H存在一个区间全染色 φ w t ( H ) 5

(1) d G ( x ) = d G ( y ) = 2 ,即 d H ( x ) = d H ( y ) = 2

φ ( x y ) = 1 ( 5 )

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( x ) = 2 ( 3 ) φ ( y ) = 3 ( 4 ) 。将边xy删掉,然后分别将边xu,vy和uv染颜色4(2),1(5),3(3)。然后将顶点u和v分别染颜色1(5)和2(4)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

φ ( x y ) = 2 ( 4 )

此时,将边xy删掉,然后分别将边xu,vy和uv染颜色2(4),2(4),3(3)。因为 φ ( x ) φ ( y ) ,所以如果 φ ( x ) = 4 ( 5 ) φ ( y ) = 1 ( 2 ) ,那么将顶点u和v分别染颜色1(2)和4(5)。否则将顶点u和v分别染颜色4(5)和1(2)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

φ ( x y ) = 3

此时,将边xy删掉,然后分别将边xu,vy和uv染颜色3,3,4。因为 φ ( x ) φ ( y ) ,所以如果 φ ( x ) = 5 φ ( y ) = 2 ,那么将顶点u和v分别染颜色2和5。否则将顶点u和v分别染颜色5和2。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(2) d G ( x ) = 2 d G ( y ) = 3

φ ( x y ) = a a = 1 , 2 , 3 , 4

在这些情况中,染色规则与(1)中对应相同。

φ ( x y ) = 5

如果 φ ( x ) = 4 φ ( y ) = 2 ,那么将边xy删掉,然后分别将边xu,vy和uv染颜色2,5,3,将顶点u和v分别染颜色1和4。否则就将边xy删掉,然后分别将边xu,vy和uv染颜色5,1,3,将顶点u和v分别染颜色4和2。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(3) d G ( x ) = d G ( y ) = 3

φ ( x y ) = 1 ( 5 )

如果 φ ( x ) = 4 φ ( y ) = 2 ,那么将边xy删掉,然后分别将边xu,vy和uv染颜色1,5,3,将顶点u和v分别染颜色2和4。否则就将边xy删掉,然后分别将边xu,vy和uv染颜色5,1,3,将顶点u和v分别染颜色4和2。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

φ ( x y ) = a a = 2 , 3 , 4

在这些情况中,染色规则与(1)中对应相同。

情况1.1.2 x y E ( G )

H = G u v ,显然, | V ( H ) | < | V ( G ) | Δ ( H ) = 3 ,由归纳假设知:H存在一个5-区间全染色 φ 。显然此时有: d G ( x ) = d G ( y ) = 3

φ ( x y ) = 1 ( 5 )

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( x ) = 2 ( 3 ) φ ( y ) = 3 ( 4 ) 。然后分别将边xu,vy和uv染颜色4(2),4(2),3(3)。然后将顶点u和v分别染颜色5(4)和2(1)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

φ ( x y ) = 2 ( 4 )

(i) S [ x , φ ] = S [ y , φ ] = [ 1 , 3 ] ( [ 3 , 5 ] )

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( x ) = 3 ( 5 ) φ ( y ) = 1 ( 3 ) 。然后分别将边xu,vy和uv染颜色4(2),4(2),3(3)。然后将顶点u和v分别染颜色2(1)和5(4)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(ii) S [ x , φ ] = [ 1 , 3 ] S [ y , φ ] = [ 2 , 4 ] ( S[ x,φ ]=[ 2,4 ],S[ y,φ ]=[ 3,5 ] )

因为 4 ( 5 ) S [ x , φ ] 1 ( 2 ) S [ y , φ ] ,所以可以分别将边xu,vy和uv染颜色4(5),1(2),3(3)。然后将顶点u和v分别染颜色5(4)和2(1)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(iii) S [ x , φ ] = S [ y , φ ] = [ 2 , 4 ] ( [ 2 , 4 ] )

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( x ) = 3 ( 2 ) φ ( y ) = 4 ( 3 ) 。这两种子情况可以用相同的染色方法。因为 5 S [ x , φ ] 1 S [ y , φ ] ,所以分别将边xu,vy和uv染颜色5,1,3。然后将顶点u和v分别染颜色4和2。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

φ ( x y ) = 3

(i) S [ x , φ ] = S [ y , φ ] = [ 1 , 3 ]

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( x ) = 1 φ ( y ) = 2 。这种情况下,染色规则与情况1.1.2中②(i)的对应情况一样。

(ii) S [ x , φ ] = [ 1 , 3 ] S [ y , φ ] = [ 2 , 4 ]

如果 φ ( x ) 1 φ ( y ) 2 ,染色规则与情况1.1.2中②(ⅱ)的对应情况一样。否则就分别将边xu,vy和uv染颜色4,5,3。然后将顶点u和v分别染颜色2和4。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(iii) S [ x , φ ] = [ 1 , 3 ] S [ y , φ ] = [ 3 , 5 ]

因为 4 , 5 S [ x , φ ] 1 , 2 S [ y , φ ] ,所以分别将边xu,vy和uv染颜色4,2,3。然后将顶点u和v分别染颜色5和1。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(iv) S [ x , φ ] = S [ y , φ ] = [ 2 , 4 ] ( [ 3 , 5 ] )

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( x ) = 2 ( 4 ) φ ( y ) = 4 ( 5 ) 。染色规则与情况1.1.2中②的对应情况一样。

(v) S [ x , φ ] = [ 2 , 4 ] S [ y , φ ] = [ 3 , 5 ]

如果 φ ( x ) 4 φ ( y ) 5 ,那么将边xy删掉,然后分别将边xu,vy和uv染颜色5,2,3,将顶点u和v分别染颜色4和1。否则就将边xy删掉,然后分别将边xu,vy和uv染颜色1,2,3,将顶点u和v分别染颜色2和1。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

情况1.2 u v , v w , u w E ( G ) ,且 d G ( u ) = d G ( w ) = 3 d G ( v ) = 2

H = G v ,显然, | V ( H ) | < | V ( G ) | Δ ( H ) = 3 ,由归纳假设知:H存在一个5-区间全染色 φ 。我们考虑边uw的颜色 φ ( u w ) 。由于 d G ( u ) = 3 ,所以G中存在一个顶点 u N G ( u ) \ { v , w } 。同理存在一个顶点 w N G ( w ) \ { u , v }

情况1.2.1 φ ( u w ) = 1 ( 5 )

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( u ) = 3 ( 3 ) φ ( w ) = 2 ( 4 ) 。如果 φ ( u ) 4 ( 2 ) ,那么将顶点u的颜色改为颜色4(2),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色3(3),4(2),5(1)。否则就将顶点u和边uw的颜色改为颜色5(1)和4(2),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色3(3),5(1),4(2)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

情况1.2.2 φ ( u w ) = 2 ( 4 )

(1) S [ u , φ ] = S [ w , φ ] = [ 1 , 3 ] ( [ 3 , 5 ] )

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( u ) = 1 ( 3 ) φ ( w ) = 3 ( 5 ) 。如果 φ ( w ) 4 ( φ ( u ) 2 ) ,那么将顶点w (u)的颜色改为颜色4(2),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色4(3),3(2),2(4)。否则就将顶点w(u)和边uw的颜色分别改为颜色2(4)和4(2),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色2(3),3(4),4(2)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(2) S [ u , φ ] = [ 1 , 3 ] S [ w , φ ] = [ 2 , 4 ] ( S[ u,φ ]=[ 2,4 ],S[ w,φ ]=[ 3,5 ] )

φ ( u ) = 1 ( 3 ) φ ( w ) = 3 ( 5 )

如果 φ ( w ) 5 ( φ ( u ) 1 ) ,那么将顶点w (u)的颜色改为颜色5 (1),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色4(3),3(2),2(4)。如果 φ ( w ) = 5 φ ( u ) 4 ( φ( u )=1φ( w )2 ) ,那么将顶点u,w和边uw的颜色分别改为颜色4(4),2(2)和1(5),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色2(3),3(4),1(5)。如果 φ ( w ) = 5 φ ( u ) = 4 ( φ( u )=1φ( w )=2 ) ,那么将顶点u和w的颜色分别改为颜色5(5)和1(1),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色4(3),3(2),2(4)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

φ ( u ) = 1 ( 2 ) φ ( w ) = 4 ( 5 )

因为 4 ( 1 ) S [ u , φ ] 5 ( 2 ) S [ w , φ ] ,所以将边uv,vw和顶点v分别染颜色4(1),5(2),3(3)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

φ ( u ) = 3 ( 2 ) φ ( w ) = 4 ( 3 )

如果 φ ( u ) 4 φ ( w ) 5 ( φ( u )1φ( w )2 ) ,那么将顶点u和w的颜色分别改为颜色4(1),5(2),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色3(2),4(3),2(4)。如果 φ ( u ) = 4 φ ( w ) 5 ( φ( u )1φ( w )=2 ) ,那么将顶点u,w和边uw的颜色分别改为颜色2(1),5(4)和4(2),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色3(4),2(3),4(2)。如果 φ ( u ) 4 φ ( w ) = 5 ( φ( u )=1φ( w )2 ) ,那么将顶点u和w的颜色分别改为颜色4(5),1(2),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色3(2),4(3),2(4)。如果 φ ( u ) = 4 φ ( w ) = 5 ( φ( u )=1φ( w )=2 ) ,那么将顶点u,w和边uw的颜色分别改为颜色2(5),1(4)和4(2),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色3(4),2(3),4(2)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(3) S [ u , φ ] = S [ w , φ ] = [ 2 , 4 ] ( [ 2 , 4 ] )

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( u ) = 3 ( 2 ) φ ( w ) = 4 ( 3 ) 。如果 φ ( u ) 1 ( φ ( w ) 5 ) ,那么将顶点u (w)的颜色改为颜色1(5),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色3(5),1(3),2(4)。否则就将顶点u (w)的颜色改为颜色5(1),然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色3(5),1(3),2(4)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

情况1.2.3 φ ( u w ) = 3

(1) S [ u , φ ] = S [ w , φ ] = [ 1 , 3 ]

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( u ) = 1 φ ( w ) = 2 。如果 φ ( w ) 4 ,那么将顶点w的颜色改为颜色4,然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色4,2,3。否则就将顶点w和边uw的颜色分别改为3,4,然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色3,2,4。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(2) S [ u , φ ] = [ 1 , 3 ] S [ w , φ ] = [ 2 , 4 ] ( S[ u,φ ]=[ 1,3 ],S[ w,φ ]=[ 3,5 ] )

因为 4 ( 4 ) S [ u , φ ] 5 ( 2 ) S [ w , φ ] ,所以将边uv,vw和顶点v分别染颜色4(4),5(2),3(3)。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(3) S [ u , φ ] = S [ w , φ ] = [ 2 , 4 ]

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( u ) = 2 φ ( w ) = 4 。如果 φ ( u ) 5 ,那么将顶点u的颜色改为颜色5,然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色2,1,3。否则就将顶点u的颜色改为颜色1,然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色2,1,3。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(4) S [ u , φ ] = [ 2 , 4 ] S [ w , φ ] = [ 3 , 5 ]

因为 1 S [ u , φ ] 2 S [ w , φ ] ,所以将边uv,vw和顶点v分别染颜色1,2,3。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

(5) S [ u , φ ] = S [ w , φ ] = [ 3 , 5 ]

不失一般性,根据对称性可假设 φ ( u ) = 4 φ ( w ) = 5 。如果 φ ( w ) 2 ,那么将顶点w的颜色改为颜色2,然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色2,1,3。否则就将顶点w和边vw的颜色分别改为3,2,然后将边uv,vw和顶点v分别染颜色3,1,2。剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所获得的全染色是G的一个5-区间全染色。

情况2 G中存在割边。

显然,G中存在某条割边与一个2-连通块B关联。

情况2.1 | V ( B ) | 5

此时,我们可以在块B中借助数学归纳法证明此定理,方法情况1与一样。

情况2.2 | V ( B ) | = 3

令顶点w是块B与割边的公共顶点。显然 d G ( w ) = 3 。令 N B ( w ) = { u , v } ,令x为距离顶点w最近的3度点。我们先假设x不在圈上。

情况2.2.1x与顶点w相邻。

| V ( G ) | 进行归纳。如果 | V ( G ) | = 7 ,定理成立。假设此定理对于图H成立,其中 Δ ( H ) = 3 δ ( H ) = 2 7 < | V ( H ) | < | V ( G ) | 。令 H = G u v w 。显然, | V ( H ) | < | V ( G ) | Δ ( H ) = 3 δ ( H ) = 2 。由归纳假设知:H存在一个5-区间全染色 φ 。令 φ ( x w ) = a

(1) φ ( x w ) = a { 1 , 5 }

如果 φ ( x ) 2 ,那么将顶点u,v和w分别染颜色4,3,2,然后将边uw,vw和uv分别染颜色3,4,2。否则就将顶点u,v和w分别染颜色4,2,3,然后将边uw,vw和uv分别染颜色2,4,3。

(2) φ ( x w ) = a { 2 , 3 , 4 }

存在两个正整数b,c使得 { 1 , a , b , c } = [ 1 , 4 ] ,其中 a b c 1 a , b , c { 2 , 3 , 4 } 。如果 φ ( x ) 1 ,那么将顶点u,v和w分别染颜色c,b,1,然后将边uw,vw和uv分别染颜色b,c,a。如果 φ ( x ) = 1 φ ( x w ) = 2 ,那么将顶点u,v和w分别染颜色3,1,4,然后将边uw,vw和uv分别染颜色1,3,2。如果 φ ( x ) = 1 φ ( x w ) { 3 , 4 } ,那么将顶点u,v和w分别染颜色2,1,4,然后将边uw,vw和uv分别染颜色1,2,3。

情况2.2.2顶点x与顶点w之间是一条路 P m 。令 V ( P m ) = { x 1 , x 2 , , x m } ,其中 x 1 = x x m = w

1. φ ( x 1 x 2 ) = 1

给图G定义一个全染色 ψ

(1) 对于任意 i { 2 , 3 , , m 1 }

ψ ( x i ) = { 2 i 2 ( mod 3 ) 1 i 0 ( mod 3 ) 3 i 1 ( mod 3 )

(2) 对于任意 j { 1 , 2 , , m 1 }

ψ ( x j x j + 1 ) = { 1 j 1 ( mod 3 ) 3 j 2 ( mod 3 ) 2 j 0 ( mod 3 )

如果 φ ( x 1 ) = 2 ,那么交换(1)中染颜色2和3的顶点的颜色,且同时交换(2)中染颜色2和3的边的颜色。显然 ψ ( x m 1 x m ) = 1 或2或3。

ψ ( x m 1 x m ) = 1

如果 ψ ( x m 1 ) = 2 ,那么将顶点u,v和w分别染颜色4,2,3,然后将边uw,vw和uv分别染颜色2,4,3。如果 ψ ( x m 1 ) = 3 ,那么将顶点u,v和w分别染颜色4,3,2,然后将边uw,vw和uv分别染颜色3,4,2。

ψ ( x m 1 x m ) = 2 ( 3 )

因为 ψ ( x m 1 ) 4 ,所以将顶点u,v和w分别染颜色3(2),1(1),4(4),然后将边uw,vw和uv分别染颜色1(1),3(2),2(3)。

2. φ ( x 1 x 2 ) = 2 ( 3 )

在1中的(1)和(2)的基础上,交换(1)中染颜色1(1)和2(3)的顶点的颜色,且同时交换(2)中染颜色1(1)和2(3)的边的颜色。假设新得到的全染色为 ψ 1 ( ψ 2 ) 。如果 φ ( x 1 ) = 1 ( 2 ) ,那么在 ψ 1 ( ψ 2 ) 的基础上,交换(1)中染颜色1(1)和3(2)的顶点的颜色,且同时交换(2)中染颜色1(1)和3(2)的边的颜色。显然 ψ 1 ( x m 1 x m ) = 1 或2或3 ( ψ 2 ( x m 1 x m ) = 1 , 2 , 3 ) 。在各种子情况下,染色规则与1中①②③分别对应相同。

3. φ ( x 1 x 2 ) = 4

给图G定义一个全染色 ψ

(1) 对于任意 i { 2 , 3 , , m 1 }

ψ ( x i ) = { 2 i 2 ( mod 3 ) 4 i 0 ( mod 3 ) 3 i 1 ( mod 3 )

(2) 对于任意 j { 1 , 2 , , m 1 }

ψ ( x j x j + 1 ) = { 4 j 1 ( mod 3 ) 3 j 2 ( mod 3 ) 2 j 0 ( mod 3 )

如果 φ ( x 1 ) = 2 ,那么交换(1)中染颜色2和3的顶点的颜色,且同时交换(2)中染颜色2和3的边的颜色。显然 ψ ( x m 1 x m ) = 2 或3或4。

ψ ( x m 1 x m ) = 2 或3。

因为 ψ ( x m 1 ) 1 ,所以将顶点u,v和w分别染颜色4,3,1,然后将边uw,vw和uv分别染颜色3,4,2。

ψ ( x m 1 x m ) = 4

因为 ψ ( x m 1 ) 1 ,所以将顶点u,v和w分别染颜色3,2,1,然后将边uw,vw和uv分别染颜色2,3,4。

4. φ ( x 1 x 2 ) = 5

给图G定义一个全染色 ψ

(1) 对于任意 i { 2 , 3 , , m 1 }

ψ ( x i ) = { 3 i 2 ( mod 3 ) 5 i 0 ( mod 3 ) 4 i 1 ( mod 3 )

(2) 对于任意 j { 1 , 2 , , m 1 }

ψ ( x j x j + 1 ) = { 5 j 1 ( mod 3 ) 4 j 2 ( mod 3 ) 3 j 0 ( mod 3 )

如果 φ ( x 1 ) = 3 ,那么交换(1)中染颜色3和4的顶点的颜色,且同时交换(2)中染颜色3和4的边的颜色。显然 ψ ( x m 1 x m ) = 3 或4或5。

ψ ( x m 1 x m ) = 3 ( 4 )

因为 ψ ( x m 1 ) 1 ,所以将顶点u,v和w分别染颜色4(3),2(2),1(1),然后将边uw,vw和uv分别染颜色2(2),4(3),3(4)。

ψ ( x m 1 x m ) = 5

因为 ψ ( x m 1 ) 2 ,所以将顶点u,v和w分别染颜色4,3,2,然后将边uw,vw和uv分别染颜色3,4,2。

最后,我们考虑顶点x在圈上。令此圈为 C t V ( C t ) = { x 1 , x 2 , , x t } ,其中 x 1 = x

情况2.2.3x与顶点w相邻。我们先染此圈。

1. t = 3 k k N

给图 C t 定义一个全染色 ψ :

(1) 对于任意 i { 1 , 2 , , t }

ψ ( x i ) = { 2 i 0 ( mod 3 ) 1 i 1 ( mod 3 ) 3 i 2 ( mod 3 )

(2) 对于任意 j { 1 , 2 , , t 1 }

ψ ( x j x j + 1 ) = { 3 j 0 ( mod 3 ) 2 j 1 ( mod 3 ) 1 j 2 ( mod 3 )

(3) ψ ( x 1 x t ) = 3

2. t 3 k k N 且t为奇数。

给图 C t 定义一个全染色 ψ

(1) 对于任意 i { 1 , 2 , , t }

ψ ( x i ) = { 4 i 0 ( mod 2 ) , i t 1 1 i 1 ( mod 2 ) , i t 2 i = t 1 3 i = t

(2) 对于任意 j { 1 , 2 , , t 1 }

ψ ( x j x j + 1 ) = { 2 j 0 ( mod 2 ) , j t 1 3 j 1 ( mod 2 ) 4 j = t 1

(3) ψ ( x 1 x t ) = 2

3. t 3 k k N 且t为偶数。

给图 C t 定义一个全染色 ψ

(1) 对于任意 i { 1 , 2 , , t }

ψ ( x i ) = { 4 i 0 ( mod 2 ) 1 i 1 ( mod 2 )

(2) 对于任意 j { 1 , 2 , , t 1 }

ψ ( x j x j + 1 ) = { 2 j 0 ( mod 2 ) 3 j 1 ( mod 2 )

(3) ψ ( x 1 x t ) = 2

显然, S [ x 1 , ψ ] = [ 1 , 3 ] ψ ( x 1 ) = 1 。所以我们可以将边 x 1 w 染颜色4,然后将顶点u,v和w分别染颜色2,1,3,然后将边uw,vw和uv分别染颜色1,2,3。

情况2.2.4x与顶点w之间是一条路。令此路为 P m V ( P m ) = { y 1 , y 2 , , y m } ,其中 y 1 = x 1 y m = w

先用情况2.2.3中同样的方法染圈 C t 。然后将边 y 1 y 2 染颜色4。对于剩余顶点与边,染色规则与情况2.2.2中4的方法一样。

情况2.3 | V ( B ) | = 4

令顶点w是块B与割边的公共顶点。显然 d G ( w ) = 3 。令 N B ( w ) = { x , z } ,顶点y是x和z的公共顶点。如果边 x z E ( G ) ,那么染色规则与情况1一样。因此我们只需考虑 B = C 4 。令 w 为距离顶点w最近的3度点。我们先假设 w 不在圈上。

情况2.3.1 顶点w与 w 相邻。

| V ( G ) | 进行归纳。如果 | V ( G ) | = 8 ,定理显然成立。假设对于任意的外平面图H来说,定理成立,其中 8 < | V ( H ) | < | V ( G ) | Δ ( H ) = 3 δ ( H ) = 2 。令 H = G x y z w ,由归纳假设知:H存在一个5-区间全染色点 φ 。令 φ ( w w ) = a

(1) φ ( w w ) = a { 1 , 5 }

如果 φ ( w ) 2 ,那么将顶点x,y,z和w分别染颜色5,2,5,2,然后将边xw,xy,yz和zw分别染颜色3,4,3,4。否则就将顶点x,y,z和w分别染颜色1,4,1,4,然后将边xw,xy,yz和zw分别染颜色2,3,2,3。

(2) φ ( w w ) = a { 2 , 3 }

如果 φ ( w ) 1 ,那么将顶点x,y,z和w分别染颜色2(4),5(1),2(3),1(1),然后将边xw,xy,yz和zw分别染颜色3(2),4(3),3(2),4(4)。否则就将顶点x,y,z和w分别染颜色2(2),5(5),2(3),4(4),然后将边xw,xy,yz和zw分别染颜色1(1),3(3),4(4),3(2)。

(3) φ ( w w ) = 4

如果 φ ( w ) 1 ,那么将顶点x,y,z和w分别染颜色4,1,4,1,然后将边xw,xy,yz和zw分别染颜色2,3,2,3。否则就将顶点x,y,z和w分别染颜色4,1,4,5,然后将边xw,xy,yz和zw分别染颜色2,3,2,3。

情况2.3.2顶点 w 与顶点w之间是一条路 P m 。令 V ( P m ) = { w 1 , w 2 , , w m } ,其中 w 1 = w w m = w

1. φ ( w 1 w 2 ) = 1

给图G定义一个全染色 ψ

(1) 对于任意 i { 2 , 3 , , m 1 }

ψ ( w i ) = { 2 i 2 ( mod 3 ) 1 i 0 ( mod 3 ) 3 i 1 ( mod 3 )

(2) 对于任意 j { 1 , 2 , , m 1 }

ψ ( w j w j + 1 ) = { 1 j 1 ( mod 3 ) 3 j 2 ( mod 3 ) 2 j 0 ( mod 3 )

如果 φ ( w 1 ) = 2 ,那么交换(1)中染颜色2和3的顶点的颜色,且同时交换(2)中染颜色2和3的边的颜色。显然 ψ ( w m 1 w m ) = 1 或2或3。

ψ ( w m 1 w m ) = 1

因为 ψ ( w m 1 ) 4 ,那么将顶点x,y,z和w分别染颜色1,4,1,4,然后将边xw,xy,yz和zw分别染颜色2,3,2,3。

ψ ( w m 1 w m ) { 2 , 3 }

因为 ψ ( w m 1 ) 4 ,那么将顶点x,y,z和w分别染颜色2(2),5(5),2(3),4(4),然后将边xw,xy,yz和zw分别染颜色1(1),3(3),4(4),3(2)。

2. φ ( w 1 w 2 ) { 2 , 3 }

在1中(1)和(2)的基础上,交换(1)中染颜色1(1)和2(3)的顶点的颜色,且同时交换(2)中染颜色1(1)和2(3)的边的颜色。假设新得到的全染色为 ψ 1 ( ψ 2 ) 。如果 φ ( w 1 ) = 1 ( 2 ) ,那么在 ψ 1 ( ψ 2 ) 的基础上,交换(1)中染颜色1(1)和3(2)的顶点的颜色,且同时交换(2)中染颜色1(1)和3(2)的边的颜色。显然 ψ 1 ( w m 1 w m ) = 1 或2或3 ( ψ 2 ( w m 1 w m ) = 1 , 2 , 3 ) 。在各种子情况下,染色规则与1中①②③分别对应相同。

3. φ ( w 1 w 2 ) = 4

给图G定义一个全染色 ψ

(1) 对于任意 i { 2 , 3 , , m 1 }

ψ ( w i ) = { 2 i 2 ( mod 3 ) 4 i 0 ( mod 3 ) 3 i 1 ( mod 3 )

(2) 对于任意 j { 1 , 2 , , m 1 }

ψ ( w j w j + 1 ) = { 4 j 1 ( mod 3 ) 3 j 2 ( mod 3 ) 2 j 0 ( mod 3 )

如果 φ ( w 1 ) = 2 ,那么交换(1)中染颜色2和3的顶点的颜色,且同时交换(2)中染颜色2和3的边的颜色。显然 ψ ( w m 1 w m ) = 2 或3或4。因为 ψ ( w m 1 ) 1 ,所以我们使用情况2.3.1中对应情况的染色规则来染剩余顶点与边。

4. φ ( w 1 w 2 ) = 5

给图G定义一个全染色 ψ

(1) 对于任意 i { 2 , 3 , , m 1 }

ψ ( w i ) = { 3 i 2 ( mod 3 ) 5 i 0 ( mod 3 ) 4 i 1 ( mod 3 )

(2) 对于任意 j { 1 , 2 , , m 1 }

ψ ( w j w j + 1 ) = { 5 j 1 ( mod 3 ) 4 j 2 ( mod 3 ) 3 j 0 ( mod 3 )

如果 φ ( w 1 ) = 3 ,那么交换(1)中染颜色3和4的顶点的颜色,且同时交换(2)中染颜色3和4的边的颜色。显然 ψ ( w m 1 w m ) = 3 或4或5。因为 ψ ( w m 1 ) 1 ψ ( w m 1 ) 2 ,所以我们使用情况2.3.1中对应情况的染色规则来染剩余顶点与边。

最后,我们考虑顶点 w 在圈上。令此圈为 C s V ( C s ) = { y 1 , y 2 , , y s } ,其中 y 1 = w

情况2.3.3 d G ( y 1 ) = d G ( w ) = 3 y 1 与w相邻。

先用情况2.2.3中染圈 C t 的方法来染圈 C s 。然后将边 w y 1 染颜色4。对于剩余顶点与边,染色规则与情况2.3.1中(4)的方法一样。

情况2.3.4 y 1 与顶点w之间是一条路。令此路为 P m V ( P m ) = { w 1 , w 2 , , w m } ,其中 w 1 = y 1 w m = w

先用情况2.2.3中染圈 C t 的方法来染圈 C s 。然后将边 w 1 w 2 染颜色4。对于剩余顶点与边,染色规则与情况2.3.2中3的方法一样。

最后我们考虑 δ = 1 ,即图G中存在叶子点,将其中一个叶子点记为u,将顶点u的邻点记为v。对图G顶点数 | V ( G ) | 进行归纳,如果 | V ( G ) | = 2 ,定理显然成立。假设对于任意的外平面图H来说,定理成立,其中 2 < | V ( H ) | < | V ( G ) | Δ ( H ) = 3 δ ( H ) = 2 。令 H = G u ,由归纳假设知:H存在一个5-区间全染色点 φ

情况3 d G ( v ) = 2

(1) S [ v , φ ] = [ 1 , 2 ] [ 2 , 3 ]

因为 max ( S [ v , φ ] ) + 1 max ( S [ v , φ ] ) + 2 S [ v , φ ] ,所以我们可以将边uv和顶点u分别染颜色 max ( S [ v , φ ] ) + 1 max ( S [ v , φ ] ) + 2

(2) S [ v , φ ] = [ 3 , 4 ] [ 4 , 5 ]

因为 min ( S [ v , φ ] ) 1 min ( S [ v , φ ] ) 2 S [ v , φ ] ,所以我们可以将边uv和顶点u分别染颜色 min ( S [ v , φ ] ) 1 min ( S [ v , φ ] ) 2

情况4 d G ( v ) = 3

(1) S [ v , φ ] = [ 1 , 3 ] ( [ 3,5 ] )

因为 4 , 5 S [ v , φ ] ( 1,2S[ v,φ ] ) ,所以将边uv和顶点u分别染颜色4(2),5(1)。

(2) S [ v , φ ] = [ 2 , 4 ]

如果 φ ( v ) 2 ,所以将边uv和顶点u分别染颜色1,2。否则就将边uv和顶点u分别染颜色5,4。

情况2,情况3和情况4中剩余顶点和边的颜色与H中对应的顶点和边的颜色相同。显然,所得到的全染色均为图G的一个5-区间全染色且 w t ( G ) 5 。 £

文章引用

张乔慧,井普宁. 外平面图的区间全染色
The Interval Total Colorings of Outerplane Graphs[J]. 应用数学进展, 2021, 10(09): 2976-2987. https://doi.org/10.12677/AAM.2021.109312

参考文献

  1. 1. Petrosyan, P.A. (2007) Interval Total Colorings of Complete Bipartite Graphs. Proceedings of the CSIT Conference, 84-85.

  2. 2. Petrosyan, P.A. (2008) Interval Total Colorings of Certain Graphs. Mathematical Problems of Computer Science, 31, 122-129.

  3. 3. Petrosyan, P.A. and Torosyan, A.Y. (2009) Interval Total Colorings of Complete Graphs. Proceedings of the CSIT Conference, 99-102.

  4. 4. Petrosyan, P.A. and Shashikyan, A.S. (2009) On Interval Total Colorings of Trees. Mathematical Problems of Computer Science, 32, 70-73.

  5. 5. Petrosyan, P.A. and Khachatryan, N.A. (2009) Interval Total Coloring of Graphs with a Spanning Star. Mathematical Problems of Computer Science, 32, 78-85.

  6. 6. Petrosyan, P.A., Shashikyan, A.S. and Torosyan, A.Y. (2010) Interval Total Colorings of Bipartite Graphs. Proceedings of the 9th Cologne-Twente Workshop on Graphs and Combinatorial Optimization, 133-136.

  7. 7. Petrosyan, P.A. and Khachatryan, N.A. (2013) On Interval Total Colorings of the Cartesian Products of Graphs, Discrete Math. Proceedings of the CSIT Conference, 85-86.

  8. 8. Petrosyan, P.A. and Khachatryan, N.A. (2014) Interval Total Colorings of Complete Multipartite Graphs and Hypercubes. Mathematical Problems of Computer Science, 32, 28-42.

  9. 9. 王维凡, 张克明. Δ-匹配与边面全色数[J]. 应用数学学报, 1999(22): 237-242.

期刊菜单