رنگ‌آمیزی فهرستی گراف

در نظریه گراف، که شاخه‌ای از ریاضیات است، رنگ‌آمیزی لیستی نوعی از رنگ‌آمیزی گراف است. در این رنگ‌آمیزی برای هرراس لیستی از رنگ‌ها وجود دارد که آن راس می‌تواند توسط یکی از رنگ‌های این لیست رنگ شود. این شاخه ابتدا توسط ویزینگVizing, V. G. (1976), "Vertex colorings with given colors", Metody Diskret. Analiz. (in Russian) 29: 3–10، اردوش، رابین و تیلورErdős, P.; Rubin, A. L.; Taylor, H. (1979), "Choosability in graphs" , Proc. West Coast Conference on Combinatorics, Graph Theory and Computing, Arcata, Congressus Numerantium 26, pp. 125–157Gutner, Shai (1996), "The complexity of planar graph choosability", Discrete Mathematics 159 (1): 119–130, arXiv:0802.2668, doi:10.1016/0012-365X(95)00104-5Jensen, Tommy R.; Toft, Bjarne (1995), Graph coloring problems, New York: Wiley-Interscience,  مورد مطالعه قرار گرفت و بنیان آن بنا شد.

 تعریف 

G را یک گراف در نظر بگیرید و برای هر راس مانند v از گراف، (L(v را لیستی از رنگ‌های موجود برای آن رأس، تعریف کنید. رنگ‌آمیزی لیستی یک رنگ‌آمیزی انتخابی است که به هر راس مانند v یک رنگ دلخواه از لیست رنگ‌های آن راس ((L(v) متناظر می‌کند. به یک رنگ‌آمیزی لیستی خوب می‌گوییم هرگاه هیچ دو راس مجاوری همرنگ نباشند. یک گراف را k-لیست رنگ‌پذیر می‌نامیم هرگاه مستقل از این که لیست k رنگیِ رنگ‌های هر راس چیست، یک رنگ‌آمیزی لیستی خوب برای آن وجود داشته‌باشد. عدد رنگی لیستی ((ch(G) گراف G، کوچکترین عدد k است که گراف k، G رنگ‌پذیر است.

به بیان دقیق‌تری، برای یک تابع مانند f که به هر راس مانند v یک عدد صحیح مثبت، (f(v را نسبت می‌دهد، گراف G را f-لیست رنگ‌پذیر می‌نامند، هرگاه مستقل از این که لیست (f(v رنگیِ هر راس مانند v شامل چه رنگ‌هایی باشد، یک رنگ‌آمیزی لیستی خوب برای آن وجود داشته‌باشد. به‌طور خاص اگر برای هر راس مانند f(v) = k ،v باشد، گراف k-لیست رنگ‌پذیر می‌باشد.

 مثال 
[[پرونده:List-coloring-K-3-27.svg|بندانگشتی|300px|مثالی از لیست رنگی گراف در گراف کامل دوبخشی K3,27 با 3 رنگ برای هر رأس. اهمیتی ندارد که کدام رنگ‌ها برای 3 رأس وسط انتخاب شود، یکی از ۲۷ رأس بیرونی بدون رنگ خواهد ماند، که نشان می دهد عدد رنگی لیستی برای گراف K3,27 حداقل ۴ است.]]
فرض کنید q یک عدد صحیح مثبت باشد و G یک گراف کامل دوبخشی Kq,qq  باشد. رنگ‌های موجود را با q2 عدد دو رقمی مختلف در مبنای q نمایش می‌دهیم. در بخشی از این گراف دو بخشی که q راس دارد، هر راس از گراف را متناظر با مجموعه‌ای از رنگ‌ها در نظر می‌گیریم که رقم باارزش آن‌ها یکسان است. برای مثال به راس شمارهٔ i ام مجموعه رنگ‌های {i0,i1, … ,iq} متناظر می‌کنیم. در بخش دیگر از این گراف دو بخشی، به هر راس از qq راس این گراف یک مجموعه از رنگ‌ها مانند {... ,0a, 1b, 2c}، به طوری که رقم باارزش آن‌ها متفاوت باشد. به تعداد qq تا مجموعه با چنین خاصیتی وجود دارد، زیرا تعداد q-تایی‌های (...,a,b,c)  برابر با qq است. برای مثال اگر q = 2 باشد، گراف دو بخشی K2,4 خواهیم داشت. در این گراف دو راس واقع در یک بخش این گراف مجموعه رنگ‌های {00,01}, {10,11} و  4 راس واقع در بخش دیگر گراف مجموعه رنگ‌های {00,10}, {00,11}, {01,10}, {01,11} را دارند. تصویر روبرو یک مثال بزرگ‌تر را به ازای q = 3 نشان می‌دهد. 

عدد رنگی لیستی گراف G از q کوچک‌تر یا مساوی نیست. مستقل از این که چه رنگی برای هر راس انتخاب شود، در بخش بزرگ‌تر راسی که لیست رنگی آن برابر با مجموعه رنگ‌های بخش کوچک‌تر است، نمی‌تواند رنگ شود. برای مثال اگر راس با لیست  رنگی {00,01} با 01 و راس با لیست رنگی {10,11} با 10 رنگ شود، سپس راس با لیست رنگی {01,10} با هیچ‌کدام از دو رنگ 01 و 10 نمی‌تواند رنگ شود. بنابراین عدد رنگی لیستی G حداقل q + 1 است. Gravier, Sylvain (1996), "A Hajós-like theorem for list coloring", Discrete Mathematics 152 (1-3): 299–302, doi:10.1016/0012-365X(95)00350-6, MR 1388650 

به‌طور مشابه، اگر ، گراف کامل دو بخشیk، Kn,n-لیست رنگ‌پذیر نیست. فرض کنید 2k-1 رنگ موجود باشد و در یک بخش از گراف هر راس با بقیه رئوس در یک k-تایی از این رنگ‌ها متفاوت باشد. پس هر بخش از گراف باید حداقل از k رنگ استفاده کند، در غیر این‌صورت، بعضی از راس‌ها، بی‌رنگ می‌مانند، اما این شرط باعث می‌شود که دو راس مجاور هم‌رنگ باشند. به‌طور خاص گراف مسئله سه روستا، 3-لیست رنگ‌پذیر و گراف کامل دوبخشی که هر بخش آن n رأس دارد ۴-لیست رنگ‌پذیر است.
 ویژگی‌ها 
عدد رنگی لیستی (ch(G از قواعد زیر برای گراف G با n راس، عدد رنگی (X(G و بیشینه درجه (Δ(G :
(ch(G) ≥ χ(G. یک گراف k لیست رنگ‌پذیر، یک رنگ‌آمیزی لیستی خوب دارد، پس این گراف یک رنگ‌آمیزی معمولی با K رنگ دارد.
(ch(G معمولاً، توسط عدد رنگی محدود نمی‌شود، به عبارتی ((ch(G) ≤ f(χ(G به‌طور معمول برای هیچ تابعی مانند f برقرار نخواهد بود. به‌طور خاص، همان‌طور که مثال‌های گراف کامل دوبخشی نشان می‌دهد، گراف‌هایی وجود دارد که χ(G) = 2 ولی (ch(G تقریباً بزرگی دارند.
(ch(G) ≤ χ(G) ln(nEaton, Nancy (2003), "On two short proofs about list coloring - Part 1 ", Talk, retrieved May 29, 2010Eaton, Nancy (2003), "On two short proofs about list coloring - Part 2 ", Talk, retrieved May 29, 2010
ch(G) ≤ Δ(G) + 1. 
اگر G یک گراف مسطح باشد ch(G) ≤ 5.   Thomassen, Carsten (1994), "Every planar graph is 5-choosable", Journal of Combinatorial Theory, Series B 62: 180–181
اگر G یک گراف مسطح دوبخشی باشد ch(G) ≤ 3. Alon, Noga; Tarsi, Michael (1992), "Colorings and orientations of graphs", Combinatorica 12: 125–134, doi:10.1007/BF01204715

محاسبه عدد رنگی لیستی 
دو مسئله الگوریتمی که مطرح شده‌است:k-لیست رنگ‌پذیری. تصمیم می‌گیرد که گراف داده شده، به ازای k داده شده، k لیست رنگ‌پذیر است یا نه.
(j, k)-لیست رنگ‌پذیری. تصمیم می‌گیرد که گراف داده شده f-لیست رنگ‌پذیر است یا نه، به ازای یک تابع داده شده 
مسئلهٔ k-لیست رنگ‌پذیری در گراف‌های دوبخشی برای هر k'' ≥ 3
-کامل است، و به‌طور مشابه برای 4-لیست رنگ‌پذیری در گراف‌های مسطح، 3-لیست رنگ‌پذیری در گراف‌های بدون مثلثی، (2, 3)-لیست رنگ‌پذیری برای گراف‌های مسطح دوبخشی. Gutner, Shai; Tarsi, Michael (2009), "Some results on (a:b)-choosability", Discrete Mathematics 309 (8): 2260–2270, doi:10.1016/j.disc.2008.04.061

می‌توان در زمان خطی مشخص کرد که یک گراف 2-لیست رنگ‌پذیر است یا نه. برای این کار به‌طور مکرر راس‌های درجه صفر یا یک را حذف می‌کنیم تا جایی که به یک گراف با بیشینه درجه‌ی دو برسیم. گراف اولیه k-لیست رنگ‌پذیر است اگر و تنها اگر گراف ساده شده یک دور زوج یا یک گراف تتا باشد که از سه مسیر با نقطهٔ پایانی مشترک تشکیل شده‌باشد، که طول 2 تا از آن‌ها دو و طول سومی زوج باشد.

 جستارهای وابسته 

 List edge-coloring

 منابع 

رده:رنگ‌آمیزی گراف