Novel procedures for graph edge-colouring

Orientador: Dr. Renato CarmoCoorientador: Dr. André Luiz Pires GuedesTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Informática. Defesa : Curitiba, 05/12/2018Inclui referências e índiceÁrea de concentração: Ciência da ComputaçãoResumo: O índice cromático de um grafo G é o menor número de cores necessário para colorir as arestas de G de modo que não haja duas arestas adjacentes recebendo a mesma cor. Pelo célebre Teorema de Vizing, o índice cromático de qualquer grafo simples G ou é seu grau máximo , ou é ? + 1, em cujo caso G é dito Classe 1 ou Classe 2, respectivamente. Computar uma coloração de arestas ótima de um grafo ou simplesmente determinar seu índice cromático são problemas NP-difíceis importantes que aparecem em aplicações notáveis, como redes de sensores, redes ópticas, controle de produção, e jogos. Neste trabalho, nós apresentamos novos procedimentos de tempo polinomial para colorir otimamente as arestas de grafos pertences a alguns conjuntos grandes. Por exemplo, seja X a classe dos grafos cujos maiorais (vértices de grau ?) possuem soma local de graus no máximo ?2 ?? (entendemos por 'soma local de graus' de um vértice x a soma dos graus dos vizinhos de x). Nós mostramos que quase todo grafo está em X e, estendendo o procedimento de recoloração que Vizing usou na prova para seu teorema, mostramos que todo grafo em X é Classe 1. Nós também conseguimos resultados em outras classes de grafos, como os grafos-junção, os grafos arco-circulares, e os prismas complementares. Como um exemplo, nós mostramos que um prisma complementar só pode ser Classe 2 se for um grafo regular distinto do K2. No que diz respeito aos grafos-junção, nós mostramos que se G1 e G2 são grafos disjuntos tais que |V(G1)| _ |V(G2)| e ?(G1) _ ?(G2), e se os maiorais de G1 induzem um grafo acíclico, então o grafo-junção G1 ?G2 é Classe 1. Além desses resultados em coloração de arestas, apresentamos resultados parciais em coloração total de grafos-junção, de grafos arco-circulares, e de grafos cobipartidos, bem como discutimos um procedimento de recoloração para coloração total. Palavras-chave: Coloração de grafos e hipergrafos (MSC 05C15). Algoritmos de grafos (MSC 05C85). Teoria dos grafos em relação à Ciência da Computação (MSC 68R10). Graus de vértices (MSC 05C07). Operações de grafos (MSC 05C76).Abstract: The chromatic index of a graph G is the minimum number of colours needed to colour the edges of G in a manner that no two adjacent edges receive the same colour. By the celebrated Vizing's Theorem, the chromatic index of any simple graph G is either its maximum degree ? or it is ? + 1, in which case G is said to be Class 1 or Class 2, respectively. Computing an optimal edge-colouring of a graph or simply determining its chromatic index are important NP-hard problems which appear in noteworthy applications, like sensor networks, optical networks, production control, and games. In this work we present novel polynomial-time procedures for optimally edge-colouring graphs belonging to some large sets of graphs. For example, let X be the class of the graphs whose majors (vertices of degree ?) have local degree sum at most ?2 ? ? (by 'local degree sum' of a vertex x we mean the sum of the degrees of the neighbours of x). We show that almost every graph is in X and, by extending the recolouring procedure used by Vizing's in the proof for his theorem, we show that every graph in X is Class 1. We further achieve results in other graph classes, such as join graphs, circular-arc graphs, and complementary prisms. For instance, we show that a complementary prism can be Class 2 only if it is a regular graph distinct from the K2. Concerning join graphs, we show that if G1 and G2 are disjoint graphs such that |V(G1)| _ |V(G2)| and ?(G1) _ ?(G2), and if the majors of G1 induce an acyclic graph, then the join graph G1 ?G2 is Class 1. Besides these results on edge-colouring, we present partial results on total colouring join graphs, cobipartite graphs, and circular-arc graphs, as well as a discussion on a recolouring procedure for total colouring. Keywords: Colouring of graphs and hypergraphs (MSC 05C15). Graph algorithms (MSC 05C85). Graph theory in relation to Computer Science (MSC 68R10). Vertex degrees (MSC 05C07). Graph operations (MSC 05C76)

The Local Chromatic Number

A graph vertex colouring is called k-local if the number of colours used in the closed neighbourhood of each vertex is at most k. The local chromatic number of a graph is the smallest k for which the graph has a proper k-local colouring. So unlike the chromatic number which is the minimum total number of colours required in a proper colouring, the local chromatic number is minimum number of colours that must appear in the closed neighbourhood of some vertex in a proper colouring. In this thesis we will examine basic properties of the local chromatic number, and techniques used to determine or bound it. We will examine a theory that was sparked by Lovász's original proof of the Kneser conjecture, using topological tools to give lower bounds on the chromatic number, and see how it is applicable to give lower bounds on the local chromatic number as well. The local chromatic number lies between the fractional chromatic number and the chromatic number, and thus it is particularly interesting to study when the gap between these two parameters is large. We will examine the local chromatic number for specific classes of graphs, and give a slight generalization of a result by Simonyi and Tardos that gives an upper bound on the local chromatic number for a class of graphs called Schrijver graphs. Finally we will discuss open conjectures about the chromatic number and investigate versions adapted to the local chromatic number