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subgraph · minor · 拓扑子式

子图谱系:子图、导出、生成、细分、子式

「从一张图里取出一张更小的图」听起来只有一种意思,其实是一整套严格不同的关系。本页把同一张原图 G 放在左边,右边实时显示按所选操作派生出的图;每种操作只放宽 / 收紧一点点规则,层层叠成图论里最重要的偏序之一——它一路通向 Kuratowski 定理图子式定理

三种「子图」由宽到严:

  • subgraph(子图):任意删去若干顶点与若干边——最宽松。
  • induced subgraph(导出子图) G[S]G[S]:选定一组顶点 S,边只能全留——凡两端都在 S 里的边一条不少。不能挑边。
  • spanning subgraph(生成子图):顶点一个不删,只删边(如生成树 spanning tree)。

两种改写拓扑结构的关系:

  • subdivision(细分):把一条边换成一条经过若干新(2 度)顶点的。若 G 含某个 H 的细分,就说 HGtopological minor(拓扑子式)——形状没变,只是边被「拉长」。
  • minor(子式):在子图基础上,还允许把一个连通顶点块 (branch set) 整体收缩 (contract) 成一个点。比拓扑子式更宽松:每个拓扑子式都是子式,反之不一定。

为什么分这么细? 因为重要定理各自挑剔不同的关系。Kuratowski 用拓扑子式(含 K₅ 或 K₃,₃ 的细分)、Wagner 用子式(含 K₅ 或 K₃,₃ 子式)刻画不可平面;而 Robertson–Seymour 图子式定理断言:图在子式关系下是良拟序,于是每个对子式封闭的图类都有有限禁用子式清单。详见 图子式理论