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        關于圖的集控制數(shù)

        2011-07-05 11:21:12徐保根丁宗鵬
        華東交通大學學報 2011年5期
        關鍵詞:圖論乘積界限

        徐保根,羅 茜,丁宗鵬

        (華東交通大學基礎科學學院江西南昌330013)

        1 引言及定義

        文中所指的圖均為無向簡單圖,文中未說明的符號和術語同文獻[1]。

        設G為一個圖,對于任意v,則NG(v)表示v點在G中的鄰域,dG(v)= ||NG(v)表示v點在G中的度,NG[v]=NG(v)∪{v}稱為v點的閉鄰域,δ和Δ分別為圖G的最小度和最大度,有時,NG[v]和dG(v)分別簡記為N[v]和d(v)。

        設G和H為兩個點不交的圖,在G∪H中將G的每個頂點與H的每個頂點均鄰接起來,所得的圖稱為G與H的聯(lián)圖,記為G∨H。

        對于兩個點不交的圖G和H,則G與H的乘積圖記為G×H,其定義為

        E

        設G為一個圖,D?V(G),如果對于V(G)D中的每個頂點v,存在u∈D,使得u與v在G中鄰接,則稱D為G的一個控制集,容量最小的控制集包含的點數(shù)稱為G的控制數(shù),記為γ(G)。

        圖的控制理論是圖論中的重要分支,美國圖論學者W.T.Haynes等[2]在1998年出版的專著較為系統(tǒng)地綜述了這一領域的一些主要研究成果。在1977年,E.J.Cockayne和S.T.Hedetniemi[3]引入了圖的集控制概念并研究圖的集控制數(shù),B.Zelinka[4-5]在圖的集控制方面做了大量工作,得出了集控制數(shù)與圖的其它參數(shù)之間的關系,如集控制數(shù)與線性點蔭度的關系[4]等。

        定義1[3]設G是一個圖,如果V(G)能劃分為t個兩兩不交的控制集Di(i=1,2,...,t),則稱G有t-控制集劃分。圖G的集控制數(shù)記為d(G),其定義為:d(G)=max{t|存在G的t-控制集劃分}。

        對于任何圖G,由于D=V(G)本身就是G的一個控制集,故d(G)總是存在的,并且不難證明下面的結論。

        引理1[6]對任意圖G,均有d(G)≤1+δ(G)。且v1鄰接v2,或者v1=v2且u1鄰接u2}。

        在本文中,我們主要研究乘積圖與聯(lián)圖的集控制問題,給出這兩種圖集控制數(shù)的界限,并確定了一些特殊性圖的集控制數(shù),這包括Km×Kn和Pm×Pn等。

        2 主要結果及其證明

        首先給出兩個圖的乘積圖與聯(lián)圖的集控制數(shù)的界限,然后確定Km×Kn和Pm×Pn的集控制數(shù)。定理1 對于任意n階圖G和m階圖H,均有

        并且此上界和下界均是可達的。

        1)先證max{n,m} ≥d(G×H),不妨設n≥m,即證n≥t。

        (反證)假若n≤t-1,由定義知:V(G×H)能劃分為t個兩兩不交的控制集Di(i=1,2,…,t),即

        V(G×H)=D1∪D2∪…∪Dt,并且Di∩Dj=? (1≤i≠j≤t),注意到,故上述劃分中存在一個Dk,使得

        ?u∈V1,v∈V2,由乘積圖的定義知:圖G×H中的點(u,v)不與Dk中的任何點相鄰,這與Dk為G×H的控制集矛盾,從而n≥t。

        2)下面證明d(G×H)≥max{d(G),d(H)} 。

        記d(G)=p,d(H)=q,不妨設p≥q,將V(G)劃分為p個兩兩不交的控制集Ai(i=1,2,…,p),即V(G)=A1∪A2∪…∪Ap,并且Ai∩Aj=?(1≤i≠j≤p)。

        現(xiàn)將V(G×H)分成p個子集如下

        由于每個Ai均是G的控制集,故每個Di均是G×H的控制集,即d(G×H)≥p。

        特殊地,當G=Kn為n階完全圖,且n≥m時,定理給出的上、下界限均可達。至此,定理1證畢。

        注意到d(Kn)=n,故由上述定理1可直接得到下面兩個推論。

        推論1 設n和m為整數(shù),且n≥m,則對任意m階圖H,均有d(Kn×H)=n。

        推論2 對于任意正整數(shù)m和n,均有d(Km×Kn)=max{m,n} 。

        定理2 對于任意n階圖G和m階圖H,均有

        并且此上界和下界均是可達的。

        證明 不妨設n≥m。記先證d(G∨H)≥m。只需將V(G∨H)劃分為m個控制集即可,事實上,可令

        可見上述每個Di(i=1,2,…,m)均為G∨H的控制集,即d(G∨H)≥m。

        下面證明d(G∨H)≤min{m+d(G),n+d(H)} 。

        由對稱性,只需證明d(G∨H)≤m+d(G)即可。記d(G∨H)=t,d(G)=r。

        (反證)假若t≥m+r+1,由定義知V(G∨H)能劃分為t個圖G∨H的控制集,即

        V(G∨H)=D1∪D2∪…∪Dt,且Di∩Dj=?(1≤i≠j≤t)。注意到 |V(H)|=m,t≥m+r+1,故這些控制集中至少有r+1個控制集均不包含圖H中的點,這r+1個控制集記為Di1,Di2,…,Di(r+1),它們均不包含圖H中的點,且均為G∨H的控制集,故每個Dij(j=1,2,…,r+1)均為圖G的控制集,注意到其為兩兩不交的,從而d(G)≥r+1,矛盾。定理2證畢。

        定理3 對于任意正整數(shù)m≥3和n≥2,均有d(Pm×Pn)=3

        證明 令G=Pm×Pn,可見δ(G)=2,由引理1知d(G)≤3。

        E下面只需將V(G)劃分為3個控制集V(G)=D1∪D2∪D3。

        情況1 當n≡0(m od3) 時,令

        情況2 當n≡1(m od3) 時,令V=V1∪V2,其中,V1中的點可以仿照情況1進行劃分,我們只需對V2中的點進行劃分即可。那么

        情況3 當n≡2(m od3) 時,令V=V1∪V2,

        綜上所述,V(G)能劃分為3個控制集,定理3證畢。

        [1]BOND JA,MURTYV S R.Graph theory with applications[M].Amsterdam:Elsevier,1976:247-250.

        [2]HAYNES T W,HEDETNIEMI S T,SLATER P J.Domination in graphs[M].New York:Marcel Dekker INC,1998:150-155.

        [3] COCKAYNE E J,HEDETNIEMI S T.Towards a theory of domination in graphs[J].Networks,1977(7):247-261.

        [4]ZELINKAB.Domatic number and linear arboricity of cacti[J].Slovaca Math,1986(36):41-54.

        [5] ZELINKAB.Domatic number and degrees of vertices of a graph[J].Slovaca Math,1989(39):7-11.

        [6]徐保根.圖的控制理論[M].北京:科學出版社,2008:103-113.

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