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Coloration de graphes
Louis Esperet
CNRS, Laboratoire G-SCOP, Grenoble
DI - ENS Lyon18 Janvier 2010
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Introduction
Francis Guthrie (1852)
Peut-on colorier toutes les cartes geographiques avec quatre couleurs, detelle sorte que toute paire de pays voisins aient des couleurs distinctes ?
1879 : preuve de Kempe1890 : la preuve de Kempe est fausse (Heawood)1977 : preuve assistee par ordinateur, par Appel et Haken1997 : Robertson, Sanders, Seymour et Thomas simplifient la preuve2005 : Gonthier valide la preuve avec Coq
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Introduction
Francis Guthrie (1852)
Peut-on colorier toutes les cartes geographiques avec quatre couleurs, detelle sorte que toute paire de pays voisins aient des couleurs distinctes ?
1879 : preuve de Kempe
1890 : la preuve de Kempe est fausse (Heawood)1977 : preuve assistee par ordinateur, par Appel et Haken1997 : Robertson, Sanders, Seymour et Thomas simplifient la preuve2005 : Gonthier valide la preuve avec Coq
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Introduction
Francis Guthrie (1852)
Peut-on colorier toutes les cartes geographiques avec quatre couleurs, detelle sorte que toute paire de pays voisins aient des couleurs distinctes ?
1879 : preuve de Kempe1890 : la preuve de Kempe est fausse (Heawood)
1977 : preuve assistee par ordinateur, par Appel et Haken1997 : Robertson, Sanders, Seymour et Thomas simplifient la preuve2005 : Gonthier valide la preuve avec Coq
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Introduction
Francis Guthrie (1852)
Peut-on colorier toutes les cartes geographiques avec quatre couleurs, detelle sorte que toute paire de pays voisins aient des couleurs distinctes ?
1879 : preuve de Kempe1890 : la preuve de Kempe est fausse (Heawood)1977 : preuve assistee par ordinateur, par Appel et Haken
1997 : Robertson, Sanders, Seymour et Thomas simplifient la preuve2005 : Gonthier valide la preuve avec Coq
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Introduction
Francis Guthrie (1852)
Peut-on colorier toutes les cartes geographiques avec quatre couleurs, detelle sorte que toute paire de pays voisins aient des couleurs distinctes ?
1879 : preuve de Kempe1890 : la preuve de Kempe est fausse (Heawood)1977 : preuve assistee par ordinateur, par Appel et Haken1997 : Robertson, Sanders, Seymour et Thomas simplifient la preuve
2005 : Gonthier valide la preuve avec Coq
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Introduction
Francis Guthrie (1852)
Peut-on colorier toutes les cartes geographiques avec quatre couleurs, detelle sorte que toute paire de pays voisins aient des couleurs distinctes ?
1879 : preuve de Kempe1890 : la preuve de Kempe est fausse (Heawood)1977 : preuve assistee par ordinateur, par Appel et Haken1997 : Robertson, Sanders, Seymour et Thomas simplifient la preuve2005 : Gonthier valide la preuve avec Coq
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Definitions
Definition
Un graphe est planaire s’il peut etre dessine sans croisement d’aretes.
Definition
Une k-coloration d’un graphe G = (V ,E ) est une fonctionc : V ⇒ {1, . . . , k} telle que pour toute arete uv ∈ E , c(u) 6= c(v).
Le nombre chromatique de G , note χ(G ), est le plus petit k tel que Gadmette une k-coloration.
Theoreme des 4 couleurs
Pour tout graphe planaire G , χ(G ) ≤ 4.
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Definitions
Definition
Un graphe est planaire s’il peut etre dessine sans croisement d’aretes.
Definition
Une k-coloration d’un graphe G = (V ,E ) est une fonctionc : V ⇒ {1, . . . , k} telle que pour toute arete uv ∈ E , c(u) 6= c(v).
Le nombre chromatique de G , note χ(G ), est le plus petit k tel que Gadmette une k-coloration.
Theoreme des 4 couleurs
Pour tout graphe planaire G , χ(G ) ≤ 4.
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Definitions
Definition
Un graphe est planaire s’il peut etre dessine sans croisement d’aretes.
Definition
Une k-coloration d’un graphe G = (V ,E ) est une fonctionc : V ⇒ {1, . . . , k} telle que pour toute arete uv ∈ E , c(u) 6= c(v).Le nombre chromatique de G , note χ(G ), est le plus petit k tel que Gadmette une k-coloration.
Theoreme des 4 couleurs
Pour tout graphe planaire G , χ(G ) ≤ 4.
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Definitions
Definition
Un graphe est planaire s’il peut etre dessine sans croisement d’aretes.
Definition
Une k-coloration d’un graphe G = (V ,E ) est une fonctionc : V ⇒ {1, . . . , k} telle que pour toute arete uv ∈ E , c(u) 6= c(v).Le nombre chromatique de G , note χ(G ), est le plus petit k tel que Gadmette une k-coloration.
Theoreme des 4 couleurs
Pour tout graphe planaire G , χ(G ) ≤ 4.
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Coloration par listes
Definition
Dans un graphe G = (V ,E ), une k-assignation de listes est une fonction Lqui a chaque sommet v ∈ V associe une liste L(v) de k entiers.
Definition
Un graphe G est k-liste coloriable si pour toute assignation de listes L, Gadmet une coloration c telle que pour toute arete uv ∈ E , c(u) 6= c(v) etpour tout sommet u ∈ V , c(u) ∈ L(u).
Le plus petit k tel que G soit k-liste coloriable est le nombre chromatiquepar listes de G , note ch(G ).
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Coloration par listes
Definition
Dans un graphe G = (V ,E ), une k-assignation de listes est une fonction Lqui a chaque sommet v ∈ V associe une liste L(v) de k entiers.
Definition
Un graphe G est k-liste coloriable si pour toute assignation de listes L, Gadmet une coloration c telle que pour toute arete uv ∈ E , c(u) 6= c(v) etpour tout sommet u ∈ V , c(u) ∈ L(u).
Le plus petit k tel que G soit k-liste coloriable est le nombre chromatiquepar listes de G , note ch(G ).
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Coloration par listes
Definition
Dans un graphe G = (V ,E ), une k-assignation de listes est une fonction Lqui a chaque sommet v ∈ V associe une liste L(v) de k entiers.
Definition
Un graphe G est k-liste coloriable si pour toute assignation de listes L, Gadmet une coloration c telle que pour toute arete uv ∈ E , c(u) 6= c(v) etpour tout sommet u ∈ V , c(u) ∈ L(u).Le plus petit k tel que G soit k-liste coloriable est le nombre chromatiquepar listes de G , note ch(G ).
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Coloration vs. Coloration par listes
Remarque
Pour tout graphe G , χ(G ) ≤ ch(G ).
ch n’est pas borne par une fonction de χ
Exercice
Montrer que les cycles pairs sont 2-liste coloriables.
Un graphe G est k-degenere si tout sous-graphe de G contient un sommetde degre au plus k.
Proposition
Si G est k-degenere, ch(G ) ≤ k + 1.
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Coloration vs. Coloration par listes
Remarque
Pour tout graphe G , χ(G ) ≤ ch(G ).
ch n’est pas borne par une fonction de χ
Exercice
Montrer que les cycles pairs sont 2-liste coloriables.
Un graphe G est k-degenere si tout sous-graphe de G contient un sommetde degre au plus k.
Proposition
Si G est k-degenere, ch(G ) ≤ k + 1.
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Coloration vs. Coloration par listes
Remarque
Pour tout graphe G , χ(G ) ≤ ch(G ).
ch n’est pas borne par une fonction de χ
Exercice
Montrer que les cycles pairs sont 2-liste coloriables.
Un graphe G est k-degenere si tout sous-graphe de G contient un sommetde degre au plus k.
Proposition
Si G est k-degenere, ch(G ) ≤ k + 1.
![Page 18: Coloration de graphesperso.ens-lyon.fr/eric.thierry/ER02/esperet-col.pdfTout graphe de genre g connexe `a n sommets, m arˆetes, et f faces v´erifie : n −m +f = 2−2g. Exercice](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071105/5fdf791d598b900bad181c11/html5/thumbnails/18.jpg)
Coloration vs. Coloration par listes
Remarque
Pour tout graphe G , χ(G ) ≤ ch(G ).
ch n’est pas borne par une fonction de χ
Exercice
Montrer que les cycles pairs sont 2-liste coloriables.
Un graphe G est k-degenere si tout sous-graphe de G contient un sommetde degre au plus k.
Proposition
Si G est k-degenere, ch(G ) ≤ k + 1.
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Graphes planaires
Formule d’Euler
Tout graphe planaire connexe a n sommets, m aretes, et f faces verifie :
n −m + f = 2.
Exercice1 Montrer que m ≤ 3n − 6.
2 En deduire que si G est planaire, ch(G ) ≤ 6.
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Graphes planaires
Formule d’Euler
Tout graphe planaire connexe a n sommets, m aretes, et f faces verifie :
n −m + f = 2.
Exercice1 Montrer que m ≤ 3n − 6.
2 En deduire que si G est planaire, ch(G ) ≤ 6.
![Page 21: Coloration de graphesperso.ens-lyon.fr/eric.thierry/ER02/esperet-col.pdfTout graphe de genre g connexe `a n sommets, m arˆetes, et f faces v´erifie : n −m +f = 2−2g. Exercice](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071105/5fdf791d598b900bad181c11/html5/thumbnails/21.jpg)
Graphes planaires
Theoreme (Thomassen 1995)
Si G est planaire, ch(G ) ≤ 5.
Theoreme plus fort
Soit G un graphe planaire, et L une assignation de listes de taille
1 pour deux sommets adjacents de la face externe
3 pour les autres sommets de la face externe
5 pour les autres sommets
Alors G est coloriable de telle sorte que chaque sommet ait une couleur desa liste.
Theoreme (Voigt 1994)
Il existe des graphes planaires qui ne sont pas 4-liste coloriables.
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Graphes planaires
Theoreme (Thomassen 1995)
Si G est planaire, ch(G ) ≤ 5.
Theoreme plus fort
Soit G un graphe planaire, et L une assignation de listes de taille
1 pour deux sommets adjacents de la face externe
3 pour les autres sommets de la face externe
5 pour les autres sommets
Alors G est coloriable de telle sorte que chaque sommet ait une couleur desa liste.
Theoreme (Voigt 1994)
Il existe des graphes planaires qui ne sont pas 4-liste coloriables.
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Graphes planaires
Theoreme (Thomassen 1995)
Si G est planaire, ch(G ) ≤ 5.
Theoreme plus fort
Soit G un graphe planaire, et L une assignation de listes de taille
1 pour deux sommets adjacents de la face externe
3 pour les autres sommets de la face externe
5 pour les autres sommets
Alors G est coloriable de telle sorte que chaque sommet ait une couleur desa liste.
Theoreme (Voigt 1994)
Il existe des graphes planaires qui ne sont pas 4-liste coloriables.
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Graphes sur les surfaces
Definition
Le genre d’un graphe G est le plus petit entier k tel que G soit dessinable(sans croisement d’aretes) sur une surface orientable de genre k.
Formule d’Euler
Tout graphe de genre g connexe a n sommets, m aretes, et f faces verifie :
n −m + f = 2− 2g .
Exercice
Pour tout graphe G de genre g ≥ 1, ch(G ) ≤⌊
7+√
1+48g2
⌋.
Consequence
Tout graphe de genre g est⌊
7+√
1+48g2
⌋-coloriable.
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Graphes sur les surfaces
Definition
Le genre d’un graphe G est le plus petit entier k tel que G soit dessinable(sans croisement d’aretes) sur une surface orientable de genre k.
Formule d’Euler
Tout graphe de genre g connexe a n sommets, m aretes, et f faces verifie :
n −m + f = 2− 2g .
Exercice
Pour tout graphe G de genre g ≥ 1, ch(G ) ≤⌊
7+√
1+48g2
⌋.
Consequence
Tout graphe de genre g est⌊
7+√
1+48g2
⌋-coloriable.
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Graphes sur les surfaces
Definition
Le genre d’un graphe G est le plus petit entier k tel que G soit dessinable(sans croisement d’aretes) sur une surface orientable de genre k.
Formule d’Euler
Tout graphe de genre g connexe a n sommets, m aretes, et f faces verifie :
n −m + f = 2− 2g .
Exercice
Pour tout graphe G de genre g ≥ 1, ch(G ) ≤⌊
7+√
1+48g2
⌋.
Consequence
Tout graphe de genre g est⌊
7+√
1+48g2
⌋-coloriable.
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Graphes sur les surfaces
Definition
Le genre d’un graphe G est le plus petit entier k tel que G soit dessinable(sans croisement d’aretes) sur une surface orientable de genre k.
Formule d’Euler
Tout graphe de genre g connexe a n sommets, m aretes, et f faces verifie :
n −m + f = 2− 2g .
Exercice
Pour tout graphe G de genre g ≥ 1, ch(G ) ≤⌊
7+√
1+48g2
⌋.
Consequence
Tout graphe de genre g est⌊
7+√
1+48g2
⌋-coloriable.
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Dechargement
Un algorithme quadratique tres simple pour 4-colorier les graphes planaires3-coloriables (Kawarabayashi et Ozeki 2009).
Lemme
Tout graphe planaire contient un sommet de degre au plus 4, ou unsommet de degre 5 incident a 4 faces de degre 3 et une face de degre 3, 4ou 5.
Algorithme
1 Si le graphe a un sommet de degre au plus 4 : Chaınes de Kempe
2 Sinon, on identifie les deux sommets de la meme couleur
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Dechargement
Un algorithme quadratique tres simple pour 4-colorier les graphes planaires3-coloriables (Kawarabayashi et Ozeki 2009).
Lemme
Tout graphe planaire contient un sommet de degre au plus 4, ou unsommet de degre 5 incident a 4 faces de degre 3 et une face de degre 3, 4ou 5.
Algorithme
1 Si le graphe a un sommet de degre au plus 4 : Chaınes de Kempe
2 Sinon, on identifie les deux sommets de la meme couleur
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Dechargement
Un algorithme quadratique tres simple pour 4-colorier les graphes planaires3-coloriables (Kawarabayashi et Ozeki 2009).
Lemme
Tout graphe planaire contient un sommet de degre au plus 4, ou unsommet de degre 5 incident a 4 faces de degre 3 et une face de degre 3, 4ou 5.
Algorithme
1 Si le graphe a un sommet de degre au plus 4 : Chaınes de Kempe
2 Sinon, on identifie les deux sommets de la meme couleur
![Page 31: Coloration de graphesperso.ens-lyon.fr/eric.thierry/ER02/esperet-col.pdfTout graphe de genre g connexe `a n sommets, m arˆetes, et f faces v´erifie : n −m +f = 2−2g. Exercice](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071105/5fdf791d598b900bad181c11/html5/thumbnails/31.jpg)
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Un algorithme quadratique tres simple pour 4-colorier les graphes planaires3-coloriables (Kawarabayashi et Ozeki 2009).
Lemme
Tout graphe planaire contient un sommet de degre au plus 4, ou unsommet de degre 5 incident a 4 faces de degre 3 et une face de degre 3, 4ou 5.
Algorithme
1 Si le graphe a un sommet de degre au plus 4 : Chaınes de Kempe
2 Sinon, on identifie les deux sommets de la meme couleur
![Page 32: Coloration de graphesperso.ens-lyon.fr/eric.thierry/ER02/esperet-col.pdfTout graphe de genre g connexe `a n sommets, m arˆetes, et f faces v´erifie : n −m +f = 2−2g. Exercice](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071105/5fdf791d598b900bad181c11/html5/thumbnails/32.jpg)
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Un algorithme quadratique tres simple pour 4-colorier les graphes planaires3-coloriables (Kawarabayashi et Ozeki 2009).
Lemme
Tout graphe planaire contient un sommet de degre au plus 4, ou unsommet de degre 5 incident a 4 faces de degre 3 et une face de degre 3, 4ou 5.
Algorithme
1 Si le graphe a un sommet de degre au plus 4 : Chaınes de Kempe
2 Sinon, on identifie les deux sommets de la meme couleur