Esistono algebre "grafiche" che possono descrivere la "forma" dei grafici?


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Uno dei problemi principali nell'enumerazione dei grafici è la determinazione della "forma" di un grafico, ad esempio la classe di isomorfismo di un particolare grafico. Sono pienamente consapevole che ogni grafico può essere rappresentato come una matrice simmetrica. Tuttavia, per ottenere la sua forma, avresti bisogno di una raccolta di permutazioni di riga / colonna, il che rende una matrice un po 'meno adatta. È anche un po 'più difficile' vedere 'il grafico, una volta che è in quella forma.

La mia domanda è: ci sono algebre "grafiche" che possono descrivere la "forma" dei grafici?

Quello a cui sto pensando è che tipo di sistemi formali che i topologi algebrici tendono a inventare. In particolare, cose come l'algebra per invarianti di nodi o sistemi notazionali come operadi o poligrafi . Questo tipo di "algebre scarabocchiate" non è altrettanto sviluppato, quindi forse c'è una ragione per credere che non esista tale algebra per i grafici, ma avrei pensato di chiedere prima di assumere il contrario.

AGGIORNARE:

La mia domanda è probabilmente molto ristretta e non risponde immediatamente con un "sì", quindi se i moderatori non si preoccupano, la amplierò chiedendo:

Esistono sistemi esistenti (il tipo che descrivo sopra) che potrebbero essere adattati (facilmente o in altro modo) per creare un tale sistema? Se ce n'è più di uno, sentiti libero di menzionarli tutti. E aggiungi anche quelli già menzionati.

Motivazione

La mia motivazione per una domanda del genere riguarda in realtà la classificazione dei grafici asimmetrici. Sono solo un laureando, quindi la mia recensione dello stato attuale della teoria dei grafi algebrici è piuttosto sottile. Ma devo ancora vedere molto, se del caso, lavorare nel tentativo di descrivere sistematicamente tutti i grafici in modo algebrico e, in particolare, uno che utilizza metafore visive rispetto a quelle simboliche.

Esempio pratico in cui un tale sistema sarebbe utile

Supponiamo che uno voglia descrivere una dimostrazione che tutti i grafici di Eulero devono avere vertici di grado pari. Una prova standard di solito utilizza argomenti sui gradi pari e dispari, senza menzionare i bordi effettivi utilizzati. Uno studente tipico troverebbe una tale prova per la prima volta, e probabilmente inizierebbe a disegnare grafici, tentando di convincersi dell'argomento. Ma forse uno strumento migliore del puro argomento "logico" sarebbe quello di mostrare che qualsiasi raccolta di "simboli" da un tale linguaggio non potrebbe soddisfare una condizione di "completezza".

Sì, lo so, sto agitando la mano in quest'ultima parte .. Se non lo fossi, anche se probabilmente inizierei a creare un tale sistema da solo!

Ma ignorando la mia vaghezza per un momento, ho la sensazione che molti dei vecchi e ben noti teoremi nella teoria dei grafi non siano difficili ma richiedono una concettualizzazione secondo cui un quadro davvero valido potrebbe "legare" e "impacchettare" in una visione unificata.


Sento che questa domanda, sebbene sia collegata al problema dell'isomorfismo del grafico, potrebbe essere più adatta per mathoverflow o math.se.
bbejot,

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Mentre è possibile che tu possa ottenere risposte migliori su mathoverflow, qui abbiamo discussioni sulle rappresentazioni grafiche e non vedo alcun motivo per spostarlo.
Suresh Venkat,

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stai cercando qualcosa come i diagrammi di Coxeter-Dynkin ma per i grafici?
Artem Kaznatcheev

Al riesame, la mia domanda è in realtà molto ristretta, e al momento sono disposto a scommettere che non è possibile rispondere con un "sì", anche se probabilmente ci sono un certo numero di cose molto vicine a quello che sto immaginando. Adatterò nuovamente la mia domanda per questo.
robinhoode,

@Artem Sì, in realtà è molto vicino a quello che sto pensando.
robinhoode,

Risposte:


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Molte persone hanno cercato di trovare un linguaggio algebrico per descrivere la forma di un grafico. Questa domanda è essenzialmente quella che motiva la teoria dei grafi strutturali .

Al centro di quest'area della matematica discreta c'è lo studio delle decomposizioni grafiche. Alcune delle persone che lavorano in quest'area sono Neil Robertson, Paul Seymour, Robin Thomas, Maria Chudnovsky, Kristina Vušković e i loro collaboratori, sebbene questo elenco sia distorto dai miei interessi di ricerca.

Particolari tipi di decomposizioni di grafi hanno portato ad alcuni dei risultati più generali nella teoria dei grafi. Ad esempio, uno dei principali strumenti tecnici sviluppati per il progetto Graph Minors, che ha portato al teorema di Robertson-Seymour , è il teorema della struttura del grafico . Ciò mostra che classi di grafici che escludono alcuni minori possono essere costituite da grafici più semplici.

Nella dimostrazione del teorema di Strong Perfect Graph è stata utilizzata una decomposizione leggermente diversa. Il risultato chiave è: per ogni grafico di Berge , è di base o uno di ammette un corretto 2-join o ammette una partizione di skew bilanciata.solsolsol,sol¯sol

Le decomposizioni finora studiate sono in qualche modo non algebriche. La mia intuizione personale è che ci sono indicazioni che non esiste un sistema "carino" come quello che cerchi. Rendere precisa questa affermazione glib richiederebbe probabilmente un'impresa non banale nella teoria dei modelli finiti, ma sospetto che potrebbe anche portare a nuovi interessanti risultati nella teoria dei grafi (che abbia successo o no).


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Questa domanda è importante nella programmazione funzionale poiché la normale rappresentazione dei grafici è inelegante e inefficiente da usare in linguaggi puramente funzionali.

Lo scorso anno all'ICFP è stato presentato un approccio gradevole: "Algebraic Graphs with Class (Functional Pearl)" , di Andrey Mokhov.

Non so se risponde pienamente alle tue esigenze, ma può rappresentare algebricamente una vasta gamma di diversi tipi di grafici diretti e non indirizzati.

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