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直線交叉數


G 的直線交叉數是在平面上 G直線嵌入中交叉點的最小數量。它有多種表示方法,如 rcr(G), cr^_(G) (Schaefer 2017), RCN(G), 或 nu^_(G)

有時聲稱直線交叉數也稱為線性或幾何交叉數,但證據不足 (Schafer 2017)。

非連通圖的直線交叉數等於其連通分量的直線交叉數之和。

當(非直線)圖交叉數滿足 cr(G)<=3 時,

 rcrnu(G)=rcr(G)
(1)

(Bienstock 和 Dean 1993)。雖然 Bienstock 和 Dean 實際上並未證明 rcr(G)=3 情況下的相等性,但他們表示可以類似於 rcr(G)<=2 情況建立。該結果不能擴充套件到 cr<=4,因為存在圖 G,其中 cr(G)=4rcr(G)=m 對於任何 m>=4 (Bienstock 和 Dean 1993; Schaefer 2017, p. 54)。

G. Exoo(私人通訊,2019 年 5 月 11-12 日)編寫了一個程式,可以計算頂點數約為 20 的立方圖以及頂點數最多為 11 或 12 的任意簡單圖的直線交叉數。

CrossingNumbersDiffer

對於 rcr(G)>cr(G) 成立的最小簡單圖出現在 8 個節點上。下表總結了四個這樣的例子。16-胞圖和完全圖 K_8 (Harary 和 Hill 1962-1963) 的最小交叉和直線交叉嵌入如上所示。

cr(G)rcr(G)
16-胞K_(4×2)68
(8,5)-圖蘭圖910
8-雙環面圖 8910
完全圖 K_81819

對於階數為 n>=10完全圖 K_n,直線交叉數總是大於一般圖交叉數。對於 K_n,當 n=1, 2, ..., 時,完全圖 rcr(K_n) 為 0, 0, 0, 0, 1, 3, 9, 19, 36, 62, ... (OEIS A014540; White 和 Beineke 1978, Scheinerman 和 Wilf 1994)。雖然長期以來人們都知道 rcr(K_(10)) 為 61 或 62 (Singer 1971, Gardner 1986),但最終 Brodsky等人 (2000, 2001) 證明為 62。 n=11 的情況於 2004 年解決,發現為 102。“直線交叉數專案”(http://www.ist.tugraz.at/staff/aichholzer/crossings.html) 找到了所有 n<=17 的值,並且根據最新的數學考慮,n=19n=21 的直線交叉數也已知。目前,最小的未確定值是 n=20

RectilinearCrossingNumberK

下表總結了已知結果(直線交叉數專案),最小直線交叉數的嵌入如上所示(Read 和 Wilson 1998,pp. 282-283,其中 K_9 的錯誤嵌入已更正)。

nrcr(K_n)非同構嵌入
30
40
511
631
793
8192
93610
10622
11102374
121531
132294534
1432420
1544716001
1660336
17798>=37269
181029>=1
191318>=13243
20[1652,1657]>=6
212055?
22[2521,2528]?
23[3075,3077]?
24[3690,3699]?
25[4426,4430]?

Singer (1971) 提供了上限,他表明

 rcr(K_n)<=1/(312)(5n^4-39n^3+91n^2-57n),
(2)

Jensen (1971) 也表明

 rcr(K_n)<=7/(432)n^4+O(n^3).
(3)

最佳已知邊界由下式給出

 (3/8+epsilon)(n; 4)+O(n^3)<rcr(K_n)<0.3807(n; 4)+O(n^3),
(4)

其中 epsilon approx 10^(-5)。上限歸功於 Aichholzer等人 (2002),下限歸功於 Lovász等人 (2004)。Ábrego 和 Fernández-Merchand (2003) 獨立證明了一個稍弱的邊界 3/8(n; 4)。下限中的小 epsilon 項意義重大,因為它表明完全圖的交叉數和直線交叉數在主導項上有所不同。特別是,已知 K_n 的非直線嵌入具有 3/8(n; 4)+O(n^3) 個交叉點 (Moon 1965, Guy 1967)。

 rho=lim_(n->infty)(rcr(K_n))/((n; 4)),
(5)

已知的最佳邊界是

 0.290<(61)/(210)<=rho<=5/(13)<0.385,
(6)

其中 (n; k) 是一個二項式係數rho 的確切值未知 (Finch 2003)。

直線交叉數與西爾維斯特四點問題有一個意想不到的聯絡 (Finch 2003)。


另請參閱

圖交叉數, 平面直線嵌入, 射影平面交叉數, 西爾維斯特四點問題, 環面交叉數

此條目部分由 Uli Wagner 貢獻

使用 探索

參考文獻

Ábrego, B. M. 和 Fernández-Merchant, S. "直線交叉數的下界。" Graphs and Comb. 21, 293-300, 2005。Aichholzer, O. "關於直線交叉數。" http://www.ist.tugraz.at/staff/aichholzer/research/rp/triangulations/crossing/Aichholzer, O.; Aurenhammer, F.; 和 Krasser, H. "關於完全圖的交叉數。" Proc. 18th Ann. ACM Symp. Comp. Geom., Barcelona, Spain, pp. 19-24, 2002。Bienstock, D. 和 Dean, N. "關於直線交叉數和平 embeddings 的新結果。" J. Graph Th. 16, 389-398, 1992。Bienstock, D. 和 Dean, N. "直線交叉數的界限。" J. Graph Th. 17, 333-348, 1993。Brodsky, A.; Durocher, S.; 和 Gethner, E. "邁向 K_n 的直線交叉數:新圖紙、上限和漸近線。" http://www.cs.ubc.ca/spider/abrodsky/papers/reccr_n.ps.gzBrodsky, A.; Durocher, S.; 和 Gethner, E. "K_(10) 的直線交叉數為 62。" 2000 年 9 月 22 日。 http://arxiv.org/abs/cs.DM/0009023Brodsky, A.; Durocher, S.; 和 Gethner, E. "K_(10) 的直線交叉數為 62。" Electronic J. Combinatorics 8, No. 1, R23, 1-30, 2001. http://www.combinatorics.org/Volume_8/Abstracts/v8i1r23.htmlFinch, S. R. "直線交叉常數。" §8.18 in 數學常數。 Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 532-534, 2003。Gardner, M. 打結的甜甜圈和其他數學娛樂。 New York: W. H. Freeman, 1986。Guy, R. K. "一個組合問題。" NABLA (Bull. Malayan Math. Soc.) 7, 68-72, 1967。Guy, R. K. "圖的交叉數。" In 圖論及其應用:1972 年 5 月 10-13 日在密歇根州卡拉馬祖西密歇根大學舉行的會議論文集 (Ed. Y. Alavi, D. R. Lick, 和 A. T. White)。 New York: Springer-Verlag, pp. 111-124, 1972。Harary, F. 和 Hill, A. "關於完全圖中的交叉數。" Proc. Edinburgh Math. Soc. 13, 333-338, 1962/1963。Harary, F. 和 Palmer, E. M. "圖列舉問題調查。" In 組合理論調查 (Ed. J. N. Srivastava)。 Amsterdam: North-Holland, pp. 259-275, 1973。Jensen, H. F. "完全圖的直線交叉數的上限。" J. Combin. Th. B 10, 212-216, 1971。Klee, V. "從給定的凸體中隨機選擇頂點的單純形的期望體積是多少。" Amer. Math. Monthly 76, 286-288, 1969。Lovász, L.; Vesztergombi, K.; Wagner, U.; 和 Welzl, E. "凸四邊形和 k-集。" In 邁向交叉數理論 (Ed. J. Pach)。 Providence, RI: Amer. Math. Soc., pp. 139-148, 2004。Moon, J. "關於隨機完全圖中交叉點的分佈。" J. Soc. Indust. Appl. Math. 13, 506-510, 1965。Read, R. C. 和 Wilson, R. J. 圖譜。 Oxford, England: Oxford University Press, 1998。直線交叉數專案。 http://dist.ist.tugraz.at/cape5/Schaefer, M. "圖交叉數及其變體:一項調查。" Elec. J. Combin., DS21, Version 3, Dec. 22, 2017。Scheinerman, E. 和 Wilf, H. S. "完全圖的直線交叉數和西爾維斯特的幾何機率“四點”問題。" Amer. Math. Monthly 101, 939-943, 1994。Singer, D. "某些圖的直線交叉數。" 未出版的手稿,1971 年。引用於 Gardner, M. 打結的甜甜圈和其他數學娛樂。 New York: W. H. Freeman, 1986。Sloane, N. J. A. 序列 A014540 in "整數序列線上百科全書"。White, A. T. 和 Beineke, L. W. "拓撲圖論。" In 圖論中的精選主題 (Ed. L. W. Beineke 和 R. J. Wilson)。 New York: Academic Press, pp. 15-49, 1978。Wilf, H. "關於交叉數以及一些未解決的問題。" In 組合學、幾何學和機率:向 Paul Erdős 致敬。1993 年 3 月在劍橋三一學院舉行的紀念 Erdős 80 歲生日的會議論文集 (Ed. B. Bollobás 和 A. Thomason)。 Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 557-562, 1997。

在 中引用

直線交叉數

請這樣引用

Wagner, UliWeisstein, Eric W. "直線交叉數。" 來自 —— 資源。 https://mathworld.tw/RectilinearCrossingNumber.html

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