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直线交叉数


G 的直线交叉数是在平面上 G直线嵌入中交叉点的最小数量。它有多种表示方法,如 rcr(G), cr^_(G) (Schaefer 2017), RCN(G), 或 nu^_(G)

有时声称直线交叉数也称为线性或几何交叉数,但证据不足 (Schafer 2017)。

非连通图的直线交叉数等于其连通分量的直线交叉数之和。

当(非直线)图交叉数满足 cr(G)<=3 时,

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

(Bienstock 和 Dean 1993)。虽然 Bienstock 和 Dean 实际上并未证明 rcr(G)=3 情况下的相等性,但他们表示可以类似于 rcr(G)<=2 情况建立。该结果不能扩展到 cr<=4,因为存在图 G,其中 cr(G)=4rcr(G)=m 对于任何 m>=4 (Bienstock 和 Dean 1993; Schaefer 2017, p. 54)。

G. Exoo(私人通讯,2019 年 5 月 11-12 日)编写了一个程序,可以计算顶点数约为 20 的立方图以及顶点数最多为 11 或 12 的任意简单图的直线交叉数。

CrossingNumbersDiffer

对于 rcr(G)>cr(G) 成立的最小简单图出现在 8 个节点上。下表总结了四个这样的例子。16-胞图和完全图 K_8 (Harary 和 Hill 1962-1963) 的最小交叉和直线交叉嵌入如上所示。

cr(G)rcr(G)
16-胞K_(4×2)68
(8,5)-图兰图910
8-双环面图 8910
完全图 K_81819

对于阶数为 n>=10完全图 K_n,直线交叉数总是大于一般图交叉数。对于 K_n,当 n=1, 2, ..., 时,完全图 rcr(K_n) 为 0, 0, 0, 0, 1, 3, 9, 19, 36, 62, ... (OEIS A014540; White 和 Beineke 1978, Scheinerman 和 Wilf 1994)。虽然长期以来人们都知道 rcr(K_(10)) 为 61 或 62 (Singer 1971, Gardner 1986),但最终 Brodsky等人 (2000, 2001) 证明为 62。 n=11 的情况于 2004 年解决,发现为 102。“直线交叉数项目”(http://www.ist.tugraz.at/staff/aichholzer/crossings.html) 找到了所有 n<=17 的值,并且根据最新的数学考虑,n=19n=21 的直线交叉数也已知。目前,最小的未确定值是 n=20

RectilinearCrossingNumberK

下表总结了已知结果(直线交叉数项目),最小直线交叉数的嵌入如上所示(Read 和 Wilson 1998,pp. 282-283,其中 K_9 的错误嵌入已更正)。

nrcr(K_n)非同构嵌入
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)

最佳已知边界由下式给出

 (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)。上限归功于 Aichholzer等人 (2002),下限归功于 Lovász等人 (2004)。Ábrego 和 Fernández-Merchand (2003) 独立证明了一个稍弱的边界 3/8(n; 4)。下限中的小 epsilon 项意义重大,因为它表明完全图的交叉数和直线交叉数在主导项上有所不同。特别是,已知 K_n 的非直线嵌入具有 3/8(n; 4)+O(n^3) 个交叉点 (Moon 1965, Guy 1967)。

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

已知的最佳边界是

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

其中 (n; k) 是一个二项式系数rho 的确切值未知 (Finch 2003)。

直线交叉数与西尔维斯特四点问题有一个意想不到的联系 (Finch 2003)。


另请参阅

图交叉数, 平面直线嵌入, 射影平面交叉数, 西尔维斯特四点问题, 环面交叉数

此条目部分由 Uli Wagner 贡献

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Ábrego, B. M. 和 Fernández-Merchant, S. "直线交叉数的下界。" Graphs and Comb. 21, 293-300, 2005。Aichholzer, O. "关于直线交叉数。" http://www.ist.tugraz.at/staff/aichholzer/research/rp/triangulations/crossing/Aichholzer, O.; Aurenhammer, F.; 和 Krasser, H. "关于完全图的交叉数。" Proc. 18th Ann. ACM Symp. Comp. Geom., Barcelona, Spain, pp. 19-24, 2002。Bienstock, D. 和 Dean, N. "关于直线交叉数和平 embeddings 的新结果。" J. Graph Th. 16, 389-398, 1992。Bienstock, D. 和 Dean, N. "直线交叉数的界限。" J. Graph Th. 17, 333-348, 1993。Brodsky, A.; Durocher, S.; 和 Gethner, E. "迈向 K_n 的直线交叉数:新图纸、上限和渐近线。" http://www.cs.ubc.ca/spider/abrodsky/papers/reccr_n.ps.gzBrodsky, A.; Durocher, S.; 和 Gethner, E. "K_(10) 的直线交叉数为 62。" 2000 年 9 月 22 日。 http://arxiv.org/abs/cs.DM/0009023Brodsky, A.; Durocher, S.; 和 Gethner, E. "K_(10) 的直线交叉数为 62。" Electronic J. Combinatorics 8, No. 1, R23, 1-30, 2001. http://www.combinatorics.org/Volume_8/Abstracts/v8i1r23.htmlFinch, S. R. "直线交叉常数。" §8.18 in 数学常数。 Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 532-534, 2003。Gardner, M. 打结的甜甜圈和其他数学娱乐。 New York: W. H. Freeman, 1986。Guy, R. K. "一个组合问题。" NABLA (Bull. Malayan Math. Soc.) 7, 68-72, 1967。Guy, R. K. "图的交叉数。" In 图论及其应用:1972 年 5 月 10-13 日在密歇根州卡拉马祖西密歇根大学举行的会议论文集 (Ed. Y. Alavi, D. R. Lick, 和 A. T. White)。 New York: Springer-Verlag, pp. 111-124, 1972。Harary, F. 和 Hill, A. "关于完全图中的交叉数。" Proc. Edinburgh Math. Soc. 13, 333-338, 1962/1963。Harary, F. 和 Palmer, E. M. "图枚举问题调查。" In 组合理论调查 (Ed. J. N. Srivastava)。 Amsterdam: North-Holland, pp. 259-275, 1973。Jensen, H. F. "完全图的直线交叉数的上限。" J. Combin. Th. B 10, 212-216, 1971。Klee, V. "从给定的凸体中随机选择顶点的单纯形的期望体积是多少。" Amer. Math. Monthly 76, 286-288, 1969。Lovász, L.; Vesztergombi, K.; Wagner, U.; 和 Welzl, E. "凸四边形和 k-集。" In 迈向交叉数理论 (Ed. J. Pach)。 Providence, RI: Amer. Math. Soc., pp. 139-148, 2004。Moon, J. "关于随机完全图中交叉点的分布。" J. Soc. Indust. Appl. Math. 13, 506-510, 1965。Read, R. C. 和 Wilson, R. J. 图谱。 Oxford, England: Oxford University Press, 1998。直线交叉数项目。 http://dist.ist.tugraz.at/cape5/Schaefer, M. "图交叉数及其变体:一项调查。" Elec. J. Combin., DS21, Version 3, Dec. 22, 2017。Scheinerman, E. 和 Wilf, H. S. "完全图的直线交叉数和西尔维斯特的几何概率“四点”问题。" Amer. Math. Monthly 101, 939-943, 1994。Singer, D. "某些图的直线交叉数。" 未出版的手稿,1971 年。引用于 Gardner, M. 打结的甜甜圈和其他数学娱乐。 New York: W. H. Freeman, 1986。Sloane, N. J. A. 序列 A014540 in "整数序列在线百科全书"。White, A. T. 和 Beineke, L. W. "拓扑图论。" In 图论中的精选主题 (Ed. L. W. Beineke 和 R. J. Wilson)。 New York: Academic Press, pp. 15-49, 1978。Wilf, H. "关于交叉数以及一些未解决的问题。" In 组合学、几何学和概率:向 Paul Erdős 致敬。1993 年 3 月在剑桥三一学院举行的纪念 Erdős 80 岁生日的会议论文集 (Ed. B. Bollobás 和 A. Thomason)。 Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 557-562, 1997。

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直线交叉数

请这样引用

Wagner, UliWeisstein, Eric W. "直线交叉数。" 来自 MathWorld——Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/RectilinearCrossingNumber.html

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