1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : نظرية البيان :

Cycle Polynomial

المؤلف:  المرجع الالكتروني للمعلوماتيه

المصدر:  www.almerja.com

الجزء والصفحة:  ...

27-2-2022

1986

Cycle Polynomial

One would think that by analogy with the matching-generating polynomial, independence polynomial, etc., a cycle polynomial whose coefficients are the numbers of cycles of length k would be defined. While no such polynomial seems not to have been defined in the literature (instead, "cycle polynomials" commonly instead refers to a polynomial corresponding to cycle indices of permutation groups), they are defined in this work.

The cycle polynomial, perhaps defined here for the first time, is therefore the polynomial

 C_G(x)=sum_(k=3)^nc_kx^k

whose coefficients c_k give the number of simple cycles present in a graph G on n nodes.

Since the smallest possible cycle is of length 3, cycle polynomials have polynomial degree at least 3. The polynomial degree of C_G(x) is the girth of G, and the graph is Hamiltonian iff the degree equals n.

In particular, c_n gives the number of Hamiltonian cycles, so a graph is Hamiltonian iff c_n!=0. A graph is triangle-free iff c_3=0, and square-free iff c_4=0.

Since cycle counts in a disconnected graph are the sum of cycle counts in its connected components, the cycle polynomial is additive over connected components.

The following table summarizes closed forms for the cycle polynomials of some common classes of graphs.

graph C(x)
book graph S_(n+1) square P_2 1/2nx^4[(n-1)x^2+2]
complete bipartite graph K_(n,n) 1/2sum_(k=2)^(n)(n; k)^2k!(k-1)!x^(2k)
complete graph K_n 1/2sum_(k=3)^(n)(n; k)(k-1)!x^k
cycle graph C_n x^n
gear graph (n(x^(2(n+1))-x^4))/(x^2-1)
helm graph x^n+(n(x^n-x)x^2)/(x-1)
ladder graph P_2 square P_n sum_(k=1)^(n)(n-k)x^(2k+2)
  =(x^4[x^(2n)+n(x^2-1)-1])/((x^2-1)^2)
Möbius ladder M_n x^(2n)-[x(x+1)]^n-[x(x-1)]^n+(n(x^(2(n+1))-x^4))/(x^2-1)
prism graph Y_n (nx^4(x^(2n-2)-1)+(x^2-1)x^n[(1-x)^n+(1+x)^n])/(x^2-1)
sunlet graph C_n circledot K_1 x^n
web graph [x(x+1)]^n-[x(x-1)]^n+(n(x^(2(n+1))-x^4))/(x^2-1)
wheel graph W_n x^(n-1)+(n-1)sum_(k=3)^(n)x^k
  =x^(n-1)+((n-1)x(x^2-x^n))/(x-1)

The following table summarizes the recurrence relations for cycle polynomials for some simple classes of graphs.

graph order recurrence
antiprism graph 7 p_n(x)=x^(10)p_(n-7)(x)+(3x^2+2x+2)p_(n-1)(x)-(2x^4+1)x^6p_(n-6)(x)+(x^6+2x+2)x^4p_(n-5)(x)+(3x^4-4x^3-5x^2-4x-1)x^2p_(n-4)(x)-(x^4+4x^3+7x^2+4x+1)p_(n-2)(x)-(2x^5-2x^4-4x^3-8x^2-5x-2)xp_(n-3)(x)
book graph S_(n+1) square P_2 3 p_n(x)=p_(n-3)(x)-3p_(n-2)(x)+3p_(n-1)(x)
gear graph 4 p_n(x)=x^4(-p_(n-4)(x))+2(x^2+1)x^2p_(n-3)(x)+2(x^2+1)p_(n-1)(x)-(x^4+4x^2+1)p_(n-2)(x)
helm graph 4 p_n(x)=x^2(-p_(n-4)(x))-(x^2+4x+1)p_(n-2)(x)+2(x+1)xp_(n-3)(x)+2(x+1)p_(n-1)(x)
ladder graph P_2 square P_n 3 p_n(x)=x^2p_(n-3)(x)-(2x^2+1)p_(n-2)(x)+(x^2+2)p_(n-1)(x)
Möbius ladder M_n 6 p_n(x)=(x-1)(x+1)x^6p_(n-6)(x)-2(x^4-x-1)x^4p_(n-5)(x)+2(x^2+x+1)p_(n-1)(x)-(4x^3+5x^2+4x+1)p_(n-2)(x)+(x^6+3x^4-4x^3-4x^2-4x-1)x^2p_(n-4)(x)-2(x^5-x^4-x^3-4x^2-2x-1)xp_(n-3)(x)
sunlet graph C_n circledot K_1 1 p_n(x)=xp_(n-1)(x)
web graph 6 p_n(x)=(x-1)(x+1)x^6p_(n-6)(x)-2(x^4-x-1)x^4p_(n-5)(x)+2(x^2+x+1)p_(n-1)(x)-(4x^3+5x^2+4x+1)p_(n-2)(x)+(x^6+3x^4-4x^3-4x^2-4x-1)x^2p_(n-4)(x)-2(x^5-x^4-x^3-4x^2-2x-1)xp_(n-3)(x)

The first few cycle polynomials for a number of graph families are summarized in the following table.

graph G_n OEIS n C_(G_n)(x)
antiprism graph   3 8x^3+15x^4+24x^5+16x^6
    4 8x^3+10x^4+24x^5+52x^6+56x^7+29x^8
    5 10x^3+10x^4+12x^5+35x^6+100x^7+160x^8+140x^9+56x^(10)
    6 12x^3+12x^4+12x^5+14x^6+48x^7+177x^8+388x^9+498x^(10)+...
cocktail party graph K_(n×2) A167986 2 x^4
    3 8x^3+15x^4+24x^5+16x^6
    4 32x^3+102x^4+288x^5+640x^6+960x^7+744x^8
complete graph K_n   3 x^3
    4 4x^3+3x^4
    5 10x^3+15x^4+12x^5
    6 20x^3+45x^4+72x^5+60x^6
    7 35x^3+105x^4+252x^5+420x^6+360x^7
crown graph   3 x^6
    4 6x^4+16x^6+6x^8
    5 30x^4+130x^6+270x^8+156x^(10)
    6 90x^4+680x^6+3330x^8+7776x^(10)+4800x^(12)
cycle graph C_n   3 x^3
    4 x^4
    5 x^5
    6 x^6
grid graph P_n square P_n   2 x^4
    3 4x^4+4x^6+5x^8
    4 9x^4+12x^6+26x^8+52x^(10)+76x^(12)+32x^(14)+6x^(16)
    5 16x^4+24x^6+61x^8+164x^(10)+446x^(12)+1100x^(14)+2102x^(16)+2436x^(18)+1874x^(20)+900x^(22)+226x^(24)
hypercube graph Q_n A085452 2 x^4
    3 6x^4+16x^6+6x^8
    4 24x^4+128x^6+696x^8+2112x^(10)+5024x^(12)+5376x^(14)+1344x^(16)
    5 80x^4+640x^6+6720x^8+68736x^(10)+591200x^(12)+4652160x^(14)+...
(n,n)-king graph   2 4x^3+3x^4
    3 16x^3+29x^4+52x^5+82x^6+92x^7+61x^8+16x^9
    4 36x^3+79x^4+176x^5+430x^6+1096x^7+2727x^8+6184x^9+12224x^(10)+20404x^(11)+27555x^(12)+...
(n,n)-knight graph   2 x^8
    3 4x^4+20x^6+32x^8+68x^(10)+82x^(12)+16x^(14)
    4 22x^4+164x^6+892x^8+3864x^(10)+13042x^(12)+27836x^(14)+37193x^(16)+30144x^(18)+13108x^(20)+2384x^(22)+120x^(24)
ladder graph P_2 square P_n   2 x^4
    3 2x^4+x^6
    4 3x^4+2x^6+x^8
    5 4x^4+3x^6+2x^8+x^(10)
    6 5x^4+4x^6+3x^8+2x^(10)+x^(12)
prism graph Y_n   3 2x^3+3x^4+6x^5+3x^6
    4 6x^4+16x^6+6x^8
    5 5x^4+2x^5+5x^6+20x^7+5x^8+10x^9+5x^(10)
    6 6x^4+8x^6+36x^8+36x^10+8x^(12)
    7 7x^4+7x^6+2x^7+7x^8+42x^9+7x^(10)+70x^(11)+7x^(12)+14x^(13)+7x^(14)
(n,n)-queen graph   2 4x^3+3x^4
    3 36x^3+122x^4+376x^5+976x^6+1984x^7+2761x^8+1960x^9
    4 124x^3+776x^4+4644x^5+26414x^6+141216x^7+696906x^8+3118200x^9+12423308x^(10)+43071536x^(11)+126154214x^(12)+299319152x^(13)+539006624x^(14)+654614112x^(15)+402364270x^(16)
(n,n)-rook graph   2 x^4
    3 6x^3+9x^4+36x^5+60x^6+72x^7+81x^8+48x^9
    4 32x^3+60x^4+288x^5+1248x^6+4032x^7+11952x^8+34368x^9+91296x^(10)+211968x^(11)+417264x^(12)+670464x^(13)+822528x^(14)+678912x^(15)+284112x^(16)

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي