有没有可以描述图的“形状”的“图形”代数?


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图枚举中的主要问题之一是确定图的“形状”,例如任何特定图的同构类。我完全知道,每个图都可以表示为对称矩阵。但是,要使其具有形状,您需要一个行/列排列的集合,这会使矩阵不太适合。一旦采用这种形式,“查看”图表也将变得更加困难。

我的问题是:是否有任何可以描述图形“形状”的“图形”代数?

我在想的是代数拓扑学家倾向于提出什么样的形式系统。特别地,诸如结不变式的代数之类的东西,或诸如操作数或测谎器之类的符号系统之类的东西。这种“涂鸦代数”的发展程度不高,因此也许有理由相信图形中不存在这样的代数,但是我想在假设其他情况之前先问一下。

更新:

我的问题可能非常狭窄,无法立即回答“是”,因此,如果主持人不介意,我将通过提出以下问题扩大范围:

是否有任何现有系统(我在上面描述的那种系统)可以(轻松地或以其他方式)修改为创建这样的系统?如果不止一个,请随意提及所有这些。并添加已经提到的内容。

动机

我提出这样一个问题的动机实际上是关于对不对称图进行分类。我只是一个本科生,所以我对代数图论的当前状态的评论很薄。但是,我还没有看到很多尝试以代数方式系统地描述所有图形的工作,如果有的话,尤其是使用视觉隐喻而非符号隐喻的图形。

这样的系统有用的实际例子

假设要描述一个证明,证明所有欧拉图都必须具有偶数个顶点。标准证明通常使用关于偶数和奇数度的参数,而没有提及所使用的实际边缘。一个典型的学生会第一次找到这样的证明,并可能开始绘制图表,试图说服自己。但是也许比纯粹的“逻辑”论证更好的工具是表明,从这种语言中收集的任何“符号”都不能满足某些“完整性”条件。

是的,我知道,在最后一部分中,我会手挥手。如果不是,尽管我可能自己开始创建这样的系统!

但是暂时忽略了我的模糊性,我感觉到图论中的许多古老而著名的定理并不困难,但是需要一些概念化,即一个真正好的框架可以将“捆绑”和“打包”成一个统一的视图。


我觉得这个问题虽然与图同构问题有关,但可能更适合mathoverflow或math.se。
bbejot 2011年

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尽管您可能会在mathoverflow上获得更好的答案,但我们在这里确实讨论了图形表示形式,但我认为没有理由进行移动。
Suresh Venkat

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您是否正在寻找类似于Coxeter-Dynkin图表的图,但是否要用于图?
Artem Kaznatcheev

在复试中,我的问题实际上很狭窄,我愿意打赌目前不会以“是”回答,尽管可能有很多事情与我的想象非常接近。为此,我将重新适应我的问题。
robinhoode 2011年

@Artem是的,这实际上与我的想法非常接近。
robinhoode 2011年

Answers:


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许多人试图找到一种代数语言来描述图形的形状。这个问题本质上是激发结构图论的一个问题。

离散数学领域的核心是图分解的研究。在该领域工作的一些人是尼尔·罗伯逊,保罗·西摩,罗宾·托马斯,玛丽亚·楚德诺夫斯基,克里斯蒂娜·武斯科维奇,以及他们的合作者,尽管这份名单因我自己的研究兴趣而有偏差。

图分解的某些特殊形式导致了图理论中一些最普遍的结果。例如,为图未成年人项目开发的主要技术工具之一就是图结构定理,这就是罗伯逊-西摩定理。这表明可以从较简单的图构建排除某些次要图的图类。

强完美图定理证明中,使用了一些不同的分解。关键结果是:对于每个Berge图,要么是基本的,要么是中的一个允许一个适当的2联接,或者允许一个平衡的偏斜分区。GGGG¯G

从某种意义上讲,迄今为止研究的分解是非代数的。我的直觉是,有迹象表明没有像您所寻求的那样的“好”系统。要使此glib语句精确,可能需要有限模型理论的帮助,但我怀疑这也可能导致图论产生有趣的新结果(无论成功与否)。


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这个问题在函数式编程中很重要,因为通常的图形表示方式不雅观且无法在纯函数式语言中使用。

去年在ICFP上提出了一个很好的方法:Andrey Mokhov撰写的“具有类的代数图(功能性珍珠)”

我不知道它是否能完全满足您的需求,但是它可以代数表示各种不同类型的有向图和无向图。

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