المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
تنفيذ وتقييم خطة إعادة الهيكلة (إعداد خطة إعادة الهيكلة1)
2024-11-05
مـعاييـر تحـسيـن الإنـتاجـيـة
2024-11-05
نـسـب الإنـتاجـيـة والغـرض مـنها
2024-11-05
المـقيـاس الكـلـي للإنتاجـيـة
2024-11-05
الإدارة بـمؤشـرات الإنـتاجـيـة (مـبادئ الإنـتـاجـيـة)
2024-11-05
زكاة الفطرة
2024-11-05


Chromatic Polynomial  
  
2185   06:13 مساءً   date: 17-4-2022
Author : Bari, R. A
Book or Source : "Chromatically Equivalent Graphs." In Graphs and Combinatorics (Ed. R. A. Bari and F. Harary). Berlin: Springer-Verlag
Page and Part : ...


Read More
Date: 1-3-2022 2031
Date: 24-2-2022 1276
Date: 15-5-2022 1319

Chromatic Polynomial

 

The chromatic polynomial pi_G(z) of an undirected graph G, also denoted C(G;z) (Biggs 1973, p. 106) and P(G,x) (Godsil and Royle 2001, p. 358), is a polynomial which encodes the number of distinct ways to color the vertices of G (where colorings are counted as distinct even if they differ only by permutation of colors). For a graph G on n vertices that can be colored in k_0=0 ways with no colors, k_1 way with one color, ..., and k_n ways with n colors, the chromatic polynomial of G is defined as the unique Lagrange interpolating polynomial of degree n through the n+1 points (0,k_0)(1,k_1), ..., (n,k_n). Evaluating the chromatic polynomial in variables z at the points z=1, 2, ..., n then recovers the numbers of 1-, 2-, ..., and n-colorings. In fact, evaluating pi_G(z) at integers k>n still gives the numbers of k-colorings.

The chromatic polynomial is called the "chromial" for short by Bari (1974).

The chromatic number of a graph gives the smallest number of colors with which a graph can be colored, which is therefore the smallest positive integer z such that pi_G(z)>0 (Skiena 1990, p. 211).

For example, the cubical graph Q_3 has 1-, 2-, ... k-coloring counts of 0, 2, 114, 2652, 29660, 198030, 932862, 3440024, ... (OEIS A140986), resulting in chromatic polynomial

 pi_(Q_3)(z)=z^8-12z^7+66z^6-214z^5+441z^4-572z^3+423z^2-133z.

(1)

Evaluating pi_(Q_3)(z) at z=1, 2, ... then gives 0, 2, 114, 2652, 29660, 198030, 932862, 3440024, ... as expected.

The chromatic polynomial of a graph g in the variable z can be determined in the Wolfram Language using ChromaticPolynomial[gx]. Precomputed chromatic polynomials for many named graphs can be obtained using GraphData[graph"ChromaticPolynomial"][z].

The chromatic polynomial is multiplicative over graph components, so for a graph G having connected components G_1G_2, ..., the chromatic polynomial of G itself is given by

 pi_G=pi_(G_1)pi_(G_2)....

(2)

The chromatic polynomial for a forest on n vertices, m edges, and with c connected components is given by

 pi=(-1)^(n-c)x^c(1-x)^m.

(3)

For a graph with vertex count n and c connected components, the chromatic polynomial pi(x) is related to the rank polynomial R(x,y) and Tutte polynomial T(x,y) by

pi(x) = x^nR(-x^(-1),-1)

(4)

= (-1)^(n-c)x^cT(1-x,0)

(5)

(extending Biggs 1993, p. 106). The chromatic polynomial of a planar graph G is related to the flow polynomial C_G^*(u) of its dual graph G^* by

 pi_G(x)=xC_(G^*)^*(x).

(6)

Chromatic polynomials are not diagnostic for graph isomorphism, i.e., two nonisomorphic graphs may share the same chromatic polynomial. A graph that is determined by its chromatic polynomial is said to be a chromatically unique graph; nonisomorphic graphs sharing the same chromatic polynomial are said to be chromatically equivalent.

The following table summarizes the chromatic polynomials for some simple graphs. Here (z)_n is the falling factorial.

graph chromatic polynomial
barbell graph ((z)_n^2(z-1))/z
book graph S_(n+1) square P_2 (z-1)z(z^2-3z+3)^n
centipede graph (z-1)^(2n-1)z
complete graph K_n (z)_n
cycle graph C_n (-1)^n(z-1)+(z-1)^n
gear graph z[z-2+(3-3z+z^2)^n]
helm graph z[(1-z)^n(z-2)+(z-2)^n(z-1)^n]
ladder graph P_2 square P_n (z-1)z(z^2-3z+3)^(n-1)
ladder rung graph nP_2 z^n(z-1)^n
Möbius ladder M_n -1+(1-z)^n-(3-z)^n+(-(1-z)^n+(3-z)^n)z+(3+(-3+z)z)^n
pan graph (z-1)^(n+1)+(-1)^n(z-1)^2
path graph P_n z(z-1)^(n-1)
prism graph Y_n 1+[z(z-3)+3]^n+z[(1-z)^n+(3-z)^n+z-3]-(1-z)^n-(3-z)^n
star graph S_n z(z-1)^(n-1)
sun graph (z)_n(z-2)^n
sunlet graph C_n circledot K_1 (z-1)^(2n)-(1-z)^(n-1)
triangular honeycomb rook graph product_(k=1)^(n)[(z)_k]^n
web graph z[(1-z)^n+(3-z)^n+z-3](z-1)^n+(z-1)^n-[-(z-3)(z-1)]^n-[-(z-1)^2]^n+[(z-1)((z-3)z+3)]^n
wheel graph W_n z[(z-2)^(n-1)-(-1)^n(z-2)]

The following table summarizes the recurrence relations for chromatic polynomials for some simple classes of graphs.

graph order recurrence
antiprism graph 4 p_n=(z^2-6z+10)p_(n-1)+(z-3)(2z^2-9z+11)p_(n-2)+(z^2-6z+10)(z-2)^2p_(n-3)-(z-2)^4p_(n-4)
barbell graph 1 p_n=(z-n+1)^2p_(n-1)
book graph S_(n+1) square P_2 1 p_n=(z^2-3z+3)p_(n-1)
centipede graph 1 p_n=(z-1)^2p_(n-1)
complete graph K_n 1 p_n=(z-n+1)p_(n-1)
cycle graph C_n 2 p_n=(z-2)p_(n-1)+(z-1)p_(n-2)
gear graph 2 p_n=(z^2-3z+4)p_(n-1)-(z^2-3z+3)p_(n-2)
helm graph 2 p_n=(z-3)(z-1)p_(n-1)+(z-2)(z-1)^2p_(n-2)
ladder graph P_2 square P_n 1 p_n=(z^2-3z+3)p_(n-1)
ladder rung graph nP_2 1 p_n=z(z-1)p_(n-1)
Möbius ladder 4 p_n=(8-5z+z^2)p_(n-1)+(-22+27z-12z^2+2z^3)p_(n-2)+(24-43z+29z^2-9z^3+z^4)p_(n-3)+(-9+21z-18z^2+7z^3-z^4)p_(n-4)
pan graph 2 p_n=(z-1)p_(n-2)+(z-2)p_(n-1)
path graph P_n 1 p_n=(z-1)p_(n-1)
prism graph Y_n 4 p_n=(z^2-5z+8)p_(n-1)+(z-2)(2z^2-8z+11)p_(n-2)+(z^4-9z^3+29z^2-43z+24)p_(n-3)-(z-3)(z-1)(z^2-3z+3)p_(n-4)
star graph S_n 1 p_n=(z-1)p_(n-1)
sunlet graph C_n circledot K_1 2 p_n=(z-1)(z-2)p_(n-1)+(z-1)^3p_(n-2)
web graph 4 p_n=p_n=(z^2-5z+8)(z-1)p_(n-1)+(z-2)(2z^2-8z+11)(z-1)^2p_(n-2)+(z^4-9z^3+29z^2-43z+24)(z-1)^3p_(n-3)-(z-3)(z^2-3z+3)(z-1)^5p_(n-4)
wheel graph W_n 2 p_n=(z-2)p_(n-2)+(z-3)p_(n-1)

The chromatic polynomial of a disconnected graph is the product of the chromatic polynomials of its connected components. The chromatic polynomial of a graph of order n has degree n, with leading coefficient 1 and constant term 0. Furthermore, the coefficients alternate signs, and the coefficient of the (n-1)st term is -m, where m is the number of edges. Interestingly, pi_G(-1) is equal to the number of acyclic orientations of G (Stanley 1973).

Except for special cases (such as trees), the calculation of pi_G(z) is exponential in the minimum number of edges in G and the graph complement G^_ (Skiena 1990, p. 211), and calculating the chromatic polynomial of a graph is at least an NP-complete problem (Skiena 1990, pp. 211-212).

Tutte (1970) showed that the chromatic polynomial of a planar triangulation of a sphere possess a root close to phi^2=phi+1=2.618033... (OEIS A104457), where phi is the golden ratio. More precisely, if n is the number of graph vertices of such a graph G, then

 pi_G(phi^2)<=phi^(5-n)

(7)

(Tutte 1970, Le Lionnais 1983).

Read (1968) conjectured that, for any chromatic polynomial

 pi(z)=c_nz^n+...+c_1z,

(8)

there does not exist a 1<=p<=q<=r<=n such that |c_p|>|c_q| and |c_q|<|c_r| (Skiena 1990, p. 221).


REFERENCES

Bari, R. A. "Chromatically Equivalent Graphs." In Graphs and Combinatorics (Ed. R. A. Bari and F. Harary). Berlin: Springer-Verlag, pp. 186-200, 1974.

Berman, G. and Tutte, W. T. "The Golden Root of a Chromatic Polynomial." J. Combin. Th. 6, 301-302, 1969.

Biggs, N. L. "Chromatic Polynomials and Spanning Trees." Ch. 14 in Algebraic Graph Theory, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 106-111, 1993.

Birkhoff, G. D. "A Determinant Formula for the Number of Ways of Coloring a Map." Ann. Math. 14, 42-46, 1912.

Birkhoff, G. D. and Lewis, D. C. "Chromatic Polynomials." Trans. Amer. Math. Soc. 60, 355-451, 1946.

Chvátal, V. "A Note on Coefficients of Chromatic Polynomials." J. Combin. Th. 9, 95-96, 1970.

Erdős, P. and Hajnal, A. "On Chromatic Numbers of Graphs and Set-Systems." Acta Math. Acad. Sci. Hungar. 17, 61-99, 1966.

Godsil, C. and Royle, G. Algebraic Graph Theory. New York: Springer-Verlag, 2001.

Le Lionnais, F. Les nombres remarquables. Paris: Hermann, p. 46, 1983.Read, R. C. "An Introduction to Chromatic Polynomials." J. Combin. Th. 4, 52-71, 1968.

Saaty, T. L. and Kainen, P. C. "Chromatic Numbers and Chromatic Polynomials." Ch. 6 in The Four-Color Problem: Assaults and Conquest. New York: Dover, pp. 134-163 1986.

Skiena, S. "Chromatic Polynomials." §5.5.1 in Implementing Discrete Mathematics: Combinatorics and Graph Theory with Mathematica. Reading, MA: Addison-Wesley, pp. 210-212, 1990.

Sloane, N. J. A. Sequences A104457 and A140986 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Stanley, R. P. "Acyclic Orientations of Graphs." Disc. Math. 5, 171-178, 1973.

Tutte, W. T. "On Chromatic Polynomials and the Golden Ratio." J. Combin. Th. 9, 289-296, 1970.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.