第1章 基本概念 1
1.1 什么是图 1
定义 1
图模型 3
矩阵和同构 6
分解和特殊图 11
习题 14
1.2 路径、环和迹 19
图的连通性 20
二部图 24
欧拉回路 26
习题 31
1.3 顶点度和计数 34
计数和双射 35
极值问题 38
图序列 44
习题 47
1.4 有向图 53
定义和例子 53
顶点度 58
欧拉有向图 60
定向和竞赛图 61
习题 63
第2章 树和距离 67
2.1 基本性质 67
树的性质 68
树和图中的距离 70
不相交生成树(选学) 73
习题 75
2.2 生成树和枚举 81
树的枚举 81
图的生成树 83
分解和优美标记 87
分叉和欧拉有向图(选学) 89
习题 92
2.3 最优化和树 95
最小生成树 95
最短路径 97
计算机科学中的树(选学) 100
习题 103
第3章 匹配和因子 107
3.1 匹配和覆盖 107
最大匹配 108
Hall匹配条件 110
最小–最大定理 112
独立集和覆盖 113
支配集(选学) 116
习题 118
3.2 算法和应用 123
最大二部匹配 123
加权二部匹配 125
稳定匹配(选学) 130
快速二部匹配(选学) 132
习题 134
3.3 一般图中的匹配 136
Tutte 1-因子定理 136
图的f-因子(选学) 140
Edmonds开花算法(选学) 142
习题 145
第4章 连通度和路径 149
4.1 割和连通度 149
连通度 149
边–连通度 152
块 155
习题 158
4.2 k–连通图 161
2–连通图 161
有向图的连通度 164
k–连通图和k–边连通图 166
Menger定理的应用 170
习题 172
4.3 网络流问题 176
最大网络流 176
整数流 181
供应和需求(选学) 184
习题 188
第5章 图的着色 191
5.1 顶点着色和上界 191
定义和实例 191
上界 194
Brooks定理 197
习题 199
5.2 k–色图的结构 204
大色数图 205
极值问题和Turán定理 207
颜色–临界图 210
强制细分 212
习题 214
5.3 计数方面的问题 219
真着色的计数 219
弦图 224
完美图点滴 226
无环定向的计数(选学) 228
习题 229
第6章 可平面图 233
6.1 嵌入和欧拉公式 233
平面作图 233
对偶图 236
欧拉公式 241
习题 243
6.2 可平面图的特征 246
Kuratowski定理的预备知识 247
凸嵌入 248
可平面性测试(选学) 252
习题 255
6.3 可平面性的参数 257
可平面图的着色 257
交叉数 261
具有更高亏格的表面(选学) 266
习题 269
第7章 边和环 273
7.1 线图和边着色 273
边着色 274
线图的特征(选学) 279
习题 282
7.2 哈密顿环 286
必要条件 287
充分条件 288
有向图中的环(选学) 293
习题 294
7.3 可平面性、着色和环 299
Tait定理 300
Grinberg定理 302
鲨鱼图(选学) 304
流和环覆盖(选学) 307
习题 314
第8章 其他主题(选学) 319
8.1 完美图 319
完美图定理 320
弦图的再研究 323
其他类型的完美图 328
非完美图 334
强完美图猜想 340
习题 344
8.2 拟阵 349
遗传系统和示例 349
拟阵的性质 354
生成函数 358
拟阵的对偶性 360
拟阵的子式和可平面图 363
拟阵的交 366
拟阵的并 369
习题 372
8.3 Ramsey理论 378
鸽巢原理的再研究 378
Ramsey定理 380
Ramsey数 383
关于图的Ramsey理论 386
Sperner引理和带宽 388
习题 392
8.4 其他极值问题 396
图的编码 397
分叉和流言 404
序列着色和可选择性 408
使用路径和环的划分 413
周长 416
习题 422
8.5 随机图 425
存在性和期望值 426
几乎所有图均具有的性质 430
阈值函数 432
演变和图参数 436
连通度、团和着色 439
鞅 442
习题 448
8.6 图的特征值 452
特征多项式 453
实对称矩阵的线性代数 456
特征值和图参数 458
正则图的特征值 460
特征值和扩张图 463
强正则图 464
习题 467
附录A 数学基础 471
附录B 最优化和复杂度 493
附录C 部分习题的提示 507
附录D 术语表 515
附录E 补充阅读材料 533
附录F 参考文献 567
作者索引 569
术语索引 575
Contents
Prefacexi
Chapter 1 Fundamental Concepts
1.1 What Is a Graph
The Definition, 1
Graphs as Models, 3
Matrices and Isomorphism, 6
Decomposition and Specia] Graphs, 11
Exercises, 14
1.2 Paths, Cycles, and Trails 19
Connection in Graphs, 20
Bipartite Graphs, 24
Eulerian Circuits, 26
Exercises, 31
1.3 Vertex Degrees and Counting 34
Counting and Bijections, 35
Extremal Problems, 38
Graphic Sequences, 44
Exercises, 47
1.4 Directed Graphs 53
Definitions and Examples, 53
Vertex Degrees, 58
Eulerian Digraphs, 60
Orientations and Tournaments, 61
Exercises, 63
Chapter 2 Trees and Distance
2.1 Basic Properties
Properties of Trees, 68
Distance in Trees and Graphs, 70
Disjoint Spanning Trees (optional), 73
Exercises, 75
2.2 Spanning Trees and Enumeration
Enumeration of Trees, 81
Spanning Trees in Graphs, 83
Decomposition and Graceful Labelings, 87
Branchings and Eulerian Digraphs (optional), 89
Exercises, 92
2.3 Optimization and Trees
Minimum Spanning Tree, 95
Shortest Paths, 97
Trees in Computer Science (optional),100
Exercises, 103
Chapter 3 Matchings and Factors
3.1 Matchings and Covers
Maximum Matchings, 108
Hall's Matching Condition
Min-Max Theorems, 112
Independent Sets and Covers, 113
Dominating Sets (optional), 116
Exercises, 118
3.2 Algorithms and Applications
Maximum Bipartite Matching, 123
Weighted Bipartite Matching, 125
Stable Matchings (optional), 130
Faster Bipartite Matching (optional), 132
Exercises, 134
3.3 Matchings in General Graphs
Tutte's 1-factor Theorem, 136
f-factors of Graphs (optional), 140
Edmonds' Blossom Algorithm (optional)
Exercises, 145
Chapter 4 Connectivity and Paths
4.1 Cuts and Connectivity
Connectivity, 149
Edge-connectivity,152
Blocks, 155
Exercises, 158
4.2 k-connected Graphs
2-connected Graphs, 161
Connectivity of Digraphs, 164
k-connected and k-edge-connected Graphs,166
Applications of Menger's Theorem, 170
Exercises, 172
4.3 Network Flow Problems
Maximum Network Flow, 176
Integral Flows, 181
Supplies and Demands (optional), 184
Exercises, 188
Chapter 5 Coloring of Graphs
5.1 Vertex Colorings and Upper Bounds
Definitions and Examples, 191
Upper Bounds, 194
Brooks' Theorem, 197
Exercises, 199
5.2 Structure of k-chromatic Graphs
Graphs with Large Chromatic Number, 205
Extremal Problems and Tur~n's Theorem 207
Color-Critical Graphs, 210
Forced Subdivisions, 212
Exercises, 214
5.3 Enumerative Aspects
Counting Proper Colorings, 219
Chordal Graphs, 224
A Hint of Perfect Graphs, 226
Counting Acyclic Orientations (optional), 228
Exercises, 229
Chapter 6 Planar Graphs
6.1 Embeddings and Euler's Formula
Drawings in the Plane, 233
Dual Graphs, 236
Euler's Formula, 241 255
Exercises, 243
6.2 Characterization of Planar Graphs
Preparation for Kuratowski's Theorem, 247
Convex Embeddings, 248
Planarity Testing (optional), 252
Exercises, 255
6.3 Parameters of Planarity
Coloring of Planar Graphs, 257
Crossing Number, 261
Surfaces of Higher Genus (optional), 266
Exercises, 269
Chapter 7 Edges and Cycles
7.1 Line Graphs and Edge-coloring
Edge-colorings, 274
Characterization of Line Graphs (optional), 279
Exercises, 282
7.2 Hamiltonian Cycles
Necessary Conditions, 287
Sufficient Conditions, 288
Cycles in Directed Graphs (optional),293
Exercises, 294
7.3 Planarity, Coloring, and Cycles
Tait's Theorem, 300
Grinberg's Theorem, 302
Snarks (optional), 304
Flows and Cycle Covers (optional), 307
Exercises, 314
Chapter 8 Additional Topics (optional)319
8.1 Perfect Graphs 319
The Perfect Graph Theorem, 320
Chordal Graphs Revisited, 323
Other Classes of Perfect Graphs, 328
Imperfect Graphs, 334
The Strong Perfect Graph Conjecture, 340
Exercises, 344
8.2 Matroids 349
Hereditary Systems and Examples, 349
Properties of Matroids, 354
The Span Function, 358
The Dual of a Matroid, 360
Matroid Minors and Planar Graphs, 363
Matroid Intersection, 366
Matroid Union, 369
Exercises, 372
8.3 Ramsey Theory378
The Pigeonhole Principle Revisited, 378
Ramsey's Theorem, 380
Ramsey Numbers, 383
Graph Ramsey Theory, 386
Sperner's Lemma and Bandwidth, 388
Exercises, 392
8.4 More Extremal Problems 396
Encodings of Graphs, 397
Branchings and Gossip, 404
List Coloring and Choosability, 408
Partitions Using Paths and Cycles, 413
Circumference, 416
Exercises, 422
8.5 Random Graphs 425
Existence and Expectation, 426
Properties of Almost All Graphs, 430
Threshold Functions, 432
Evolution and Graph Parameters, 436
Connectivity, Cliques, and Coloring, 439
Martingales, 442
Exercises, 448
8.6 Eigenvalues of Graphs
The Characteristic Polynomial, 453
Linear Algebra of Real Symmetric Matrices, 456
Eigenvalues and Graph Parameters, 458
Eigenvalues of Regular Graphs, 460
Eigenvalues and Expanders, 463
Strongly Regular Graphs, 464
Exercises, 467
Appendix A Mathematical Background
Appendix B Optimization and Complexity
Appendix C Hints for Selected Exercises
Appendix D Glossary of Terms
Appendix E Supplemental Reading
Appendix F References
Author Index
Subject Index