An algorithmic framework for colouring locally sparse graphs

We develop an algorithmic framework for graph colouring that reduces the problem to verifying a local probabilistic property of the independent sets. With this we give, for any fixed $k\ge 3$ and $\varepsilon>0$, a randomised polynomial-time algorithm for colouring graphs of maximum degree $\Delta$ in which each vertex is contained in at most $t$ copies of a cycle of length $k$, where $1/2\le t\le \Delta^\frac{2\varepsilon}{1+2\varepsilon}/(\log\Delta)^2$, with $\lfloor(1+\varepsilon)\Delta/\log(\Delta/\sqrt t)\rfloor$ colours. This generalises and improves upon several notable results including those of Kim (1995) and Alon, Krivelevich and Sudakov (1999), and more recent ones of Molloy (2019) and Achlioptas, Iliopoulos and Sinclair (2019). This bound on the chromatic number is tight up to an asymptotic factor $2$ and it coincides with a famous algorithmic barrier to colouring random graphs.Comment: 23 page

Rooted structures in graphs: a project on Hadwiger's conjecture, rooted minors, and Tutte cycles

Hadwigers Vermutung ist eine der anspruchsvollsten Vermutungen für Graphentheoretiker und bietet eine weitreichende Verallgemeinerung des Vierfarbensatzes. Ausgehend von dieser offenen Frage der strukturellen Graphentheorie werden gewurzelte Strukturen in Graphen diskutiert. Eine Transversale einer Partition ist definiert als eine Menge, welche genau ein Element aus jeder Menge der Partition enthält und sonst nichts. Für einen Graphen G und eine Teilmenge T seiner Knotenmenge ist ein gewurzelter Minor von G ein Minor, der T als Transversale seiner Taschen enthält. Sei T eine Transversale einer Färbung eines Graphen, sodass es ein System von kanten-disjunkten Wegen zwischen allen Knoten aus T gibt; dann stellt sich die Frage, ob es möglich ist, die Existenz eines vollständigen, in T gewurzelten Minors zu gewährleisten. Diese Frage ist eng mit Hadwigers Vermutung verwoben: Eine positive Antwort würde Hadwigers Vermutung für eindeutig färbbare Graphen bestätigen. In dieser Arbeit wird ebendiese Fragestellung untersucht sowie weitere Konzepte vorgestellt, welche bekannte Ideen der strukturellen Graphentheorie um eine Verwurzelung erweitern. Beispielsweise wird diskutiert, inwiefern hoch zusammenhängende Teilmengen der Knotenmenge einen hoch zusammenhängenden, gewurzelten Minor erzwingen. Zudem werden verschiedene Ideen von Hamiltonizität in planaren und nicht-planaren Graphen behandelt.Hadwiger's Conjecture is one of the most tantalising conjectures for graph theorists and offers a far-reaching generalisation of the Four-Colour-Theorem. Based on this major issue in structural graph theory, this thesis explores rooted structures in graphs. A transversal of a partition is a set which contains exactly one element from each member of the partition and nothing else. Given a graph G and a subset T of its vertex set, a rooted minor of G is a minor such that T is a transversal of its branch set. Assume that a graph has a transversal T of one of its colourings such that there is a system of edge-disjoint paths between all vertices from T; it comes natural to ask whether such graphs contain a minor rooted at T. This question of containment is strongly related to Hadwiger's Conjecture; indeed, a positive answer would prove Hadwiger's Conjecture for uniquely colourable graphs. This thesis studies the aforementioned question and besides, presents several other concepts of attaching rooted relatedness to ideas in structural graph theory. For instance, whether a highly connected subset of the vertex set forces a highly connected rooted minor. Moreover, several ideas of Hamiltonicity in planar and non-planar graphs are discussed