المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية


Matching Polynomial  
  
1550   03:35 مساءً   date: 10-5-2022
Author : Aihara, J.
Book or Source : "A New Definition of Dewar-Type Resonance Energies." J. Amer. Chem. Soc. 98
Page and Part : ...


Read More
Date: 3-4-2022 1494
Date: 1-3-2022 1181
Date: 10-5-2022 957

Matching Polynomial

k-matching in a graph G is a set of k edges, no two of which have a vertex in common (i.e., an independent edge set of size k). Let Phi_k be the number of k-matchings in the graph G, with Phi_0(G)=1 and Phi_1(G)=m the number of edges of G. Then the matching polynomial is defined by

 mu(x)=sum_(k=0)^(nu(G))(-1)^kPhi_kx^(n-2k),

(1)

where n=|G| vertex count of G (Ivanciuc and Balaban 2000, p. 92; Levit and Mandrescu 2005) and nu(G) is the matching number (which satisfies nu(G)<=|_n/2_|, where |_x_| is the floor function).

The matching polynomial is also known as the acyclic polynomial (Gutman and Trinajstić 1976, Devillers and Merino 2000), matching defect polynomial (Lovász and Plummer 1986), and reference polynomial (Aihara 1976).

A more natural polynomial might be the matching-generating polynomial which directly encodes the numbers of independent edge sets of a graph G and is defined by

 M(x)=sum_(k=0)^(nu(G))Phi_kx^k,

(2)

but mu(x) is firmly established. Fortunately, the two are related by

 mu(x)=x^nM(-x^(-2))

(3)

(Ellis-Monaghan and Merino 2008; typo corrected), so

 M(x)=(-i)^nx^(n/2)mu(ix^(-1/2)).

(4)

The matching polynomial is closely related to the independence polynomial. In particular, the matching-generating polynomial of a graph G is equal to the independence polynomial of the line graph of G (Levit and Mandrescu 2005).

The matching polynomial has a nonzero a_0 coefficient (or equivalently, the matching-generating polynomial is of degree n for a graph on n nodes) iff the graph has a perfect matching.

Precomputed matching polynomials for many named graphs in terms of a variable x can be obtained using GraphData[graph"MatchingPolynomial"][x].

The following table summarizes closed forms for the matching polynomials of some common classes of graphs. Here, He_n(x) is a modified Hermite polynomial, H_n(x) is the usual Hermite polynomial, L_n(x) is a Laguerre polynomial, U(a,b,z) is a confluent hypergeometric function of the second kind, L^^_n(x) is a Lucas polynomial, s=sqrt(1-6x^2+x^4)t=sqrt(x^2-4), and u=sqrt(1-6x^2+x^4).

graph mu(x)
book graph S_(n+1) square P_2 (x-1)^(n-2)(x+1)^(n-2)[n^2x^2+(x^2-1)^3+n(-1+2x^2-2x^4)
centipede graph ((-1+v+x^2)^(n+1)-(-1-v+x^2)^(n+1))/(2^(n+1)v)
complete graph K_n He_n(x)
  =2^(-n/2)H_n(x/(sqrt(2)))
complete bipartite graph K_(n,n) (-1)^nn!L_n(x^2)
  =U(-n,1,x^2)
cycle graph C_n i^nL^^_n(-ix)
empty graph K^__n x^n
gear graph ((n+tx)(-2-tx+x^2)^n+(-n+tx)(-2+tx+x^2)^n)/(2^nt)
helm graph ((n+s)x(-1-s+x^2)^n-(n-s)x(-1+s+x^2)^n)/(2^ns)
ladder rung graph nP_2 (x-1)^n(x+1)^n
pan graph ((x+t)^n(tx-1)+(x-t)^n(tx+1))/(2^nt)
path graph P_n ((x-t)^(n+1)-(x+t)^(n+1))/(2^(n+1)t)
star graph S_n x^(n-2)(x^2-n+1)
sunlet graph C_n circledot K_1 2^(-n)((-1+x^2-sqrt(1-6x^2+x^4))^n+(-1+x^2+sqrt(1-6x^2+x^4))^n)
wheel graph W_n (x(n+x^2-5)[(x-t)^n-(t+x)^n]+t(n+x^2-1)[(x-t)^n+(t+x)^n])/(2^(n+1)t)

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

antiprism graph 4 p_n(x)=(x-2)^2p_(n-1)(x)-(2x^2-1)p_(n-2)(x)+(x^2+2)p_(n-3)(x)-p_(n-4)(x)
book graph S_(n+1) square P_2 3 p_n(x)=3p_(n-1)(x)-3p_(n-2)(x)+p_(n-3)(x)
centipede graph 2 p_n(x)=(x-1)(x+1)p_(n-1)(x)-x^2p_(n-2)(x)
(2n)-crossed prism graph 3 p_n(x)=-2(x^2-2)^2p_(n-2)(x)+(x-1)(x+1)(x^2-5)p_(n-1)(x)+4p_(n-3)(x)
cycle graph C_n 2 p_n(x)=xp_(n-1)(x)-p_(n-2)(x)
gear graph 4 p_n(x)=2(x^2-2)p_(n-1)(x)-(x^4-4x^2+6)p_(n-2)(x)+2(x^2-2)p_(n-3)(x)-p_(n-4)(x)
helm graph 4 p_n(x)=2(x-1)(x+1)p_(n-1)(x)-(x^4+1)p_(n-2)(x)+2(x-1)(x+1)x^2p_(n-3)(x)-x^4p_(n-4)(x)
ladder graph P_2 square P_n 3 p_n(x)=(-2+x^2)p_(n-1)(x)-x^2p_(n-2)(x)+p_(n-3)(x)
ladder rung graph nP_2 1 p_n(x)=(x-1)(x+1)p_(n-1)(x)
Möbius ladder M_n 4 p_n(x)=(x^2-1)p_(n-1)(x)+2(1-x^2)p_(n-2)(x)+(x^2+1)p_(n-3)(x)-p_(n-4)(x)
pan graph 2 p_n(x)=xp_(n-1)(x)-p_(n-2)(x)
path graph P_n 2 p_n(x)=xp_(n-1)(x)-p_(n-2)(x)
prism graph 4 p_n(x)=(x^2-1)p_(n-1)(x)+2(1-x^2)p_(n-2)(x)+(x^2+1)p_(n-3)(x)-p_(n-4)(x)
star graph S_n 2 p_n(x)=2xp_(n-1)(x)-x^2p_(n-2)(x)
sunlet graph C_n circledot K_1 2 p_n(x)=(x+1)(x-1)p_(n-1)(x)-x^2p_(n-2)(x)
web graph 4 p_n(x)=x^5p_(n-3)(x)-x^4p_(n-4)(x)+(x^2-2)xp_(n-1)(x)-(2x^4-4x^2+1)p_(n-2)(x)
wheel graph W_n 4 p_n(x)=2xp_(n-1)(x)-(x^2+2)p_(n-2)(x)+2xp_(n-3)(x)-p_(n-4)(x)

Nonisomorphic graphs do not necessarily have distinct matching polynomials. The following table summarizes some co-matching graphs.

n matching polynomial graphs
4 x^2(-3+x^2) claw graph, (4,6)
5 (-2+x)(-1+x)x(1+x)(2+x) banner graph, 3-centipede graph
5 (-1+x)x(1+x)(-6+x^2) (3,2)-fan graph, (4,1)-lollipop graph
5 (-1+x)x(1+x)(-5+x^2) butterfly graph, kite graph
5 x^3(-3+x^2) (5,4)(5,8)
5 (-1+x)x(1+x)(-3+x^2) (5,20), path graph P_5
5 x(6-6x^2+x^4) house graph, complete bipartite graph K_(2,3)
5 x(2-5x^2+x^4) cricket graph, (5,15)
5 x(2-4x^2+x^4) fork graph, (5,14)

For any graph G, the matching polynomial mu(x) has only real zeros.


REFERENCES

Aihara, J. "A New Definition of Dewar-Type Resonance Energies." J. Amer. Chem. Soc. 98, 2750-2758, 1976.

Devillers, J. and A. T. Balaban (Eds.). Topological Indices and Related Descriptors in QSAR and QSPR. Amsterdam, Netherlands: Gordon and Breach, pp. 92-94, 2000.

Ellis-Monaghan, J. A. and Merino, C. "Graph Polynomials and Their Applications II: Interrelations and Interpretations." 28 Jun 2008. http://arxiv.org/abs/0806.4699.

Godsil, C. D. Algebraic Combinatorics. Chapman and Hall, 1993.Godsil, C. D. and Gutman, I. "On the Theory of the Matching Polynomial." J. Graph Theory 5, 137-144, 2006.

Gutman, I. "Polynomials in Graph Theory." In Chemical Graph Theory: Introduction and Fundamentals (Ed. D. Bonchev and D. H. Rouvray). New York: Abacus Press, 1991.

Gutman, I. and Trinajstić, N. "Graph Theory and Molecular Orbitals, XIV. On Topological Definition of Resonance Energy." Acta Chimica Academiae Scientiarum Hungaricae 91, 203-209, 1976.

Ivanciuc, O. and Balaban, A. T. "The Graph Description of Chemical Structures." Ch. 3 in Topological Indices and Related Descriptors in QSAR and QSPR (Ed. J. Devillers and A. T. Balaban). Amsterdam, Netherlands: Gordon and Breach, pp. 59-167, 2000.

Levit, V. E. and Mandrescu, E. "The Independence Polynomial of a Graph--A Survey." In Proceedings of the 1st International Conference on Algebraic Informatics. Held in Thessaloniki, October 20-23, 2005 (Ed. S. Bozapalidis, A. Kalampakas, and G. Rahonis). Thessaloniki, Greece: Aristotle Univ., pp. 233-254, 2005.

Lovász, L. and Plummer, M. D. Matching Theory. Amsterdam, Netherlands: North-Holland, 1986.Lundow, P. H. "Enumeration of Matchings in Polygraphs." Department of Mathematics, Umea University. Research report. 1998. http://www.theophys.kth.se/~phl/Text/1factors2.ps.gz.

 Lundow, P. H. "GrafPack." http://www.theophys.kth.se/~phl/Mathematica/.Sloane, N. J. A. Sequences A046741 and A096713 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.