Orientador: Christiane Neme Campos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T00:02:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Galvao_KaioKaram_M.pdf: 1971760 bytes, checksum: e2f60ab09595b03fa6da5051cd78e3f3 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Em 1971, Fulkerson propôs a seguinte conjetura: todo grafo cúbico sem arestas de corte admite seis emparelhamentos perfeitos tais que cada aresta do grafo pertence a exatamente dois destes emparelhamentos. A Conjetura de Fulkerson tem desafiado pesquisadores desde sua publicação. Esta conjetura é facilmente verificada para grafos cúbicos 3-aresta-coloráveis. Portanto, a dificuldade do problema reside em estabelecer a conjetura para grafos cúbicos sem arestas de corte que não possuem 3-coloração de arestas. Estes grafos são chamados snarks. Nesta dissertação, a Conjetura de Fulkerson e os snarks são introduzidos com ¿ênfase em sua história e resultados mais relevantes. Alguns resultados relacionados à Conjetura de Fulkerson são apresentados, enfatizando suas conexões com outras conjeturas. Um breve histórico do Problema das Quatro Cores e suas relações com snarks também são apresentados. Na segunda parte deste trabalho, a Conjetura de Fulkerson é verificada para algumas famílias infinitas de snarks construídas com o método de Loupekine, utilizando subgrafos do Grafo de Petersen. Primeiramente, mostramos que a família dos LP0-snarks satisfaz a Conjetura de Fulkerson. Em seguida, generalizamos este resultado para a família mais abrangente dos LP1-snarks. Além disto, estendemos estes resultados para Snarks de Loupekine construídos com subgrafos de snarks diferentes do Grafo de Petersen / Abstract: In 1971, Fulkerson proposed a conjecture that states that every bridgeless cubic graph has six perfect matchings such that each edge of the graph belongs to precisely two of these matchings. Fulkerson's Conjecture has been challenging researchers since its publication. It is easily verified for 3-edge-colourable cubic graphs. Therefore, the difficult task is to settle the conjecture for non-3-edge-colourable bridgeless cubic graphs, called snarks. In this dissertation, Fulkerson's Conjecture and snarks are presented with emphasis in their history and remarkable results. We selected some results related to Fulkerson's Conjecture, emphasizing their reach and connections with other conjectures. It is also presented a brief history of the Four-Colour Problem and its connections with snarks. In the second part of this work, we verify Fulkerson's Conjecture for some infinite families of snarks constructed with Loupekine's method using subgraphs of the Petersen Graph. More specifically, we first show that the family of LP0-snarks satisfies Fulkerson's Conjecture. Then, we generalise this result by proving that Fulkerson's Conjecture holds for the broader family of LP1-snarks. We also extend these results to even more general Loupekine Snarks constructed with subgraphs of snarks other than the Petersen Graph / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

The vertex coloring problem is a classic problem in graph theory that asks for a partition of the vertex set into a minimum number of stable sets. This thesis presents our studies on three vertex (re)coloring problems on graphs and on a problem related to a long-standing conjecture on subdivision of digraphs. Firstly, we address the convex recoloring problem in which an arbitrarily colored graph G is given and one wishes to find a minimum weight recoloring such that each color class induces a connected subgraph of G. We show inapproximability results, introduce an integer linear programming (ILP) formulation that models the problem and present some computational experiments using a column generation approach. The k-fold coloring problem is a generalization of the classic vertex coloring problem and consists in covering the vertex set of a graph by a minimum number of stable sets in such a way that every vertex is covered by at least k (possibly identical) stable sets. We present an ILP formulation for this problem and show a detailed polyhedral study of the polytope associated with this formulation. The last coloring problem studied in this thesis is the proper orientation problem. It consists in orienting the edge set of a given graph so that adjacent vertices have different in-degrees and the maximum in-degree is minimized. Clearly, the in-degrees induce a partition of the vertex set into stable sets, that is, a coloring (in the conventional sense) of the vertices. Our contributions in this problem are on hardness and upper bounds for bipartite graphs. Finally, we study a problem related to a conjecture of Mader from the eighties on subdivision of digraphs. This conjecture states that, for every acyclic digraph H, there exists an integer f(H) such that every digraph with minimum out-degree at least f(H) contains a subdivision of H as a subdigraph. We show evidences for this conjecture by proving that it holds for some particular classes of acyclic digraphs. / O problema de coloração de grafos é um problema clássico em teoria dos grafos cujo objetivo é particionar o conjunto de vértices em um número mínimo de conjuntos estáveis. Nesta tese apresentamos nossas contribuições sobre três problemas de coloração de grafos e um problema relacionado a uma antiga conjectura sobre subdivisão de digrafos. Primeiramente, abordamos o problema de recoloração convexa no qual é dado um grafo arbitrariamente colorido G e deseja-se encontrar uma recoloração de peso mínimo tal que cada classe de cor induza um subgrafo conexo de G. Mostramos resultados sobre inaproximabilidade, introduzimos uma formulação linear inteira que modela esse problema, e apresentamos alguns resultados computacionais usando uma abordagem de geração de colunas. O problema de k-upla coloração é uma generalização do problema clássico de coloração de vértices e consiste em cobrir o conjunto de vértices de um grafo com uma quantidade mínima de conjuntos estáveis de tal forma que cada vértice seja coberto por pelo menos k conjuntos estáveis (possivelmente idênticos). Apresentamos uma formulação linear inteira para esse problema e fazemos um estudo detalhado do politopo associado a essa formulação. O último problema de coloração estudado nesta tese é o problema de orientação própria. Ele consiste em orientar o conjunto de arestas de um dado grafo de tal forma que vértices adjacentes possuam graus de entrada distintos e o maior grau de entrada seja minimizado. Claramente, os graus de entrada induzem uma partição do conjunto de vértices em conjuntos estáveis, ou seja, induzem uma coloração (no sentido convencional) dos vértices. Nossas contribuições nesse problema são em complexidade computacional e limitantes superiores para grafos bipartidos. Finalmente, estudamos um problema relacionado a uma conjectura de Mader, dos anos oitenta, sobre subdivisão de digrafos. Esta conjectura afirma que, para cada digrafo acíclico H, existe um inteiro f(H) tal que todo digrafo com grau mínimo de saída pelo menos f(H) contém uma subdivisão de H como subdigrafo. Damos evidências para essa conjectura mostrando que ela é válida para classes particulares de digrafos acíclicos.

The vertex coloring problem is a classic problem in graph theory that asks for a partition of the vertex set into a minimum number of stable sets. This thesis presents our studies on three vertex (re)coloring problems on graphs and on a problem related to a long-standing conjecture on subdivision of digraphs. Firstly, we address the convex recoloring problem in which an arbitrarily colored graph G is given and one wishes to find a minimum weight recoloring such that each color class induces a connected subgraph of G. We show inapproximability results, introduce an integer linear programming (ILP) formulation that models the problem and present some computational experiments using a column generation approach. The k-fold coloring problem is a generalization of the classic vertex coloring problem and consists in covering the vertex set of a graph by a minimum number of stable sets in such a way that every vertex is covered by at least k (possibly identical) stable sets. We present an ILP formulation for this problem and show a detailed polyhedral study of the polytope associated with this formulation. The last coloring problem studied in this thesis is the proper orientation problem. It consists in orienting the edge set of a given graph so that adjacent vertices have different in-degrees and the maximum in-degree is minimized. Clearly, the in-degrees induce a partition of the vertex set into stable sets, that is, a coloring (in the conventional sense) of the vertices. Our contributions in this problem are on hardness and upper bounds for bipartite graphs. Finally, we study a problem related to a conjecture of Mader from the eighties on subdivision of digraphs. This conjecture states that, for every acyclic digraph H, there exists an integer f(H) such that every digraph with minimum out-degree at least f(H) contains a subdivision of H as a subdigraph. We show evidences for this conjecture by proving that it holds for some particular classes of acyclic digraphs. / O problema de coloração de grafos é um problema clássico em teoria dos grafos cujo objetivo é particionar o conjunto de vértices em um número mínimo de conjuntos estáveis. Nesta tese apresentamos nossas contribuições sobre três problemas de coloração de grafos e um problema relacionado a uma antiga conjectura sobre subdivisão de digrafos. Primeiramente, abordamos o problema de recoloração convexa no qual é dado um grafo arbitrariamente colorido G e deseja-se encontrar uma recoloração de peso mínimo tal que cada classe de cor induza um subgrafo conexo de G. Mostramos resultados sobre inaproximabilidade, introduzimos uma formulação linear inteira que modela esse problema, e apresentamos alguns resultados computacionais usando uma abordagem de geração de colunas. O problema de k-upla coloração é uma generalização do problema clássico de coloração de vértices e consiste em cobrir o conjunto de vértices de um grafo com uma quantidade mínima de conjuntos estáveis de tal forma que cada vértice seja coberto por pelo menos k conjuntos estáveis (possivelmente idênticos). Apresentamos uma formulação linear inteira para esse problema e fazemos um estudo detalhado do politopo associado a essa formulação. O último problema de coloração estudado nesta tese é o problema de orientação própria. Ele consiste em orientar o conjunto de arestas de um dado grafo de tal forma que vértices adjacentes possuam graus de entrada distintos e o maior grau de entrada seja minimizado. Claramente, os graus de entrada induzem uma partição do conjunto de vértices em conjuntos estáveis, ou seja, induzem uma coloração (no sentido convencional) dos vértices. Nossas contribuições nesse problema são em complexidade computacional e limitantes superiores para grafos bipartidos. Finalmente, estudamos um problema relacionado a uma conjectura de Mader, dos anos oitenta, sobre subdivisão de digrafos. Esta conjectura afirma que, para cada digrafo acíclico H, existe um inteiro f(H) tal que todo digrafo com grau mínimo de saída pelo menos f(H) contém uma subdivisão de H como subdigrafo. Damos evidências para essa conjectura mostrando que ela é válida para classes particulares de digrafos acíclicos.