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图的随机嵌入:大多数图的面数的期望是对数级的

组合数学 2025-04-11 v3 离散数学

摘要

连通图 GG 在某个可定向曲面上的随机 2-胞腔嵌入,是通过在每个顶点周围选择一个随机局部旋转得到的。在此设定下,相应 2-胞腔嵌入的面数或亏格成为一个随机变量。nn 个环的花束以及连接两个顶点的 nn 条平行边这两类特殊图的随机嵌入已被广泛研究且得到充分理解。然而,对更一般的图所知甚少。本文的结果解释了为何蒙特卡洛方法无法用于近似图的最小亏格。Stahl 在其突破性工作 [Permutation-partition pairs, JCTB 1991] 中发展了“随机拓扑图论”的基础。他的多数结果至今未被超越。在我们的工作中,我们分析图 GG 的随机嵌入(等价地,平均亏格)的面数期望。最近刚证明对任意图 GG,面数的期望至多为线性。我们证明实际的期望面数 F(G)F(G) 几乎总是小得多。特别地,我们证明:1) 12lnn2<E[F(Kn)]3.65lnn+o(1)\frac{1}{2}\ln n - 2 < \mathbb{E}[F(K_n)] \le 3.65 \ln n +o(1)。2) 对随机图 G(n,p)G(n,p)p=p(n)p=p(n)),有 E[F(G(n,p))]ln2n+1p\mathbb{E}[F(G(n,p))] \le \ln^2 n+\frac{1}{p}。3) 对仅含最大度至多为 Δ\Delta 的图的随机模型 B(n,Δ)B(n,\Delta),我们通过证明期望面数为 Θ(logn)\Theta(\log n) 得到更强的界。

关键词

引用

@article{arxiv.2211.01032,
  title  = {Random Embeddings of Graphs: The Expected Number of Faces in Most Graphs is Logarithmic},
  author = {Jesse Campion Loth and Kevin Halasz and Tomáš Masařík and Bojan Mohar and Robert Šámal},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2211.01032},
  year   = {2025}
}

备注

Accepted at the 35th ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms (SODA 2024). The submission also contains sources and data of the computation described in the paper. 55 pages, 11 figures