Хотя близкие проблемы комбинаторной геометрии изучались ранее
(Скоттом в 1970 году и Джемисоном в 1984 году), задачу определения числа наклонов графа поставили Вейд и Чу [1], показав, что число наклонов графа с n вершинами полного графаKn равно в точности n. Рисунок графа с таким числом наклонов можно получить, расположив вершины графа в углах правильного многоугольника.
Связь со степенью графа
Ясно, что число наклонов графа с максимальной степенью d не меньше , поскольку максимум два инцидентных ребра вершины степени d могут лежать на одной прямой (иметь один наклон). Точнее, число наклонов не меньше линейной древесности графа, поскольку рёбра одного наклона должны образовывать линейный лес, а линейная древесность, в свою очередь, не меньше .
Существуют графы с максимальной степенью пять, имеющие произвольно большое число наклонов[2]. Однако любой граф с максимальной степенью три имеет не более четырёх наклонов[3]. Результат Вейда и Чу (Wade, Chu (1994) harvtxt error: якоря не существует: CITEREFWade,_Chu1994 (помощь)) для полного графа K4 показывает, что эта граница точная. Не любой набор из четырёх наклонов подходит для рисования всех графов степени 3 — набор наклонов подходит для рисования тогда и только тогда, когда они являются наклонами сторон и диагоналей параллелограмма. В частности, любой граф степени 3 может быть нарисован так, что его рёбра либо параллельны осям, либо параллельны основным диагоналям целочисленной решётки[4]. Неизвестно, ограничено или нет число наклонов графов с максимальной степенью четыре [5].
Планарные графы
Как показали Кезег, Пах и Палвёлди(Keszegh, Pach, Pálvölgyi (2011) harvtxt error: якоря не существует: CITEREFKeszegh,_Pach,_Pálvölgyi2011 (помощь)), любой планарный граф имеет плоский рисунок в виде прямых отрезков, в котором число различных наклонов является функцией от степени графа. Их доказательство следует построению Малица и Папакостаса (Malitz, Papakostas (1994) harvtxt error: якоря не существует: CITEREFMalitz,_Papakostas1994 (помощь)) для ограничения углового разрешения планарных графов как функции степени. Ограничение степени осуществляется дополнением графа до максимального планарного графа без увеличения его степени более чем на постоянный множитель, а затем применяется теорема об упаковке кругов для представления этого расширенного графа как набора касающихся друг друга окружностей. Если степень начального графа ограничена, отношение радиусов смежных окружностей в упаковке будет также ограничено [7], откуда, в свою очередь, следует, что применение дерева квадрантов для всех вершин графа в точке внутри окружности даёт наклоны, являющиеся отношениями малых целых чисел. Число различных наклонов, получаемое при этом построении, является экспонентой от степени графа.
Сложность
Задача определения, равно ли число наклонов двум, является NP-полной задачей[8][9][10]. Отсюда следует, что является NP-сложной задачей определение числа наклонов произвольного графа или аппроксимация этого числа с гарантированной эффективностью, лучшей чем 3/2.
Является ли планарный граф планарным рисунком с двумя наклонами — это также NP-полная задача [11].
↑Доказано независимо Баратом, Матоушеком, Вудом (Barát, Matoušek, Wood (2006) harvtxt error: якоря не существует: CITEREFBarát,_Matoušek,_Wood2006 (помощь)) и Пахом, Палвёлди (Pach, Pálvölgyi (2006) harvtxt error: якоря не существует: CITEREFPach,_Pálvölgyi2006 (помощь)), когда они решали задачу, поставленную Дуймовичем, Судерманом и Шариром (Dujmović, Suderman, Wood (2005) harvtxt error: якоря не существует: CITEREFDujmović,_Suderman,_Wood2005 (помощь)). См. теоремы 5.1 и 5.2 у Паха и Шарира (Pach, Sharir (2009) harvtxt error: якоря не существует: CITEREFPach,_Sharir2009 (помощь)).
↑Муккамала, Сегеди (Mukkamala, Szegedy (2009) harvtxt error: якоря не существует: CITEREFMukkamala,_Szegedy2009 (помощь)), улучшившие более ранний результат Кезега, Палвёлди, Тота (Keszegh, Pach, Pálvölgyi, Tóth (2008) harvtxt error: якоря не существует: CITEREFKeszegh,_Pach,_Pálvölgyi,_Tóth2008 (помощь)). См. теорему 5.3 у Паха и Шарира (Pach, Sharir (2009) harvtxt error: якоря не существует: CITEREFPach,_Sharir2009 (помощь)).
János Barát, Jiří Matoušek, David R. Wood. Bounded-degree graphs have arbitrarily large geometric thickness // Electronic Journal of Combinatorics. — 2006. — Т. 13, вып. 1. — С. R3.
M. Formann, T. Hagerup, J. Haralambides, M. Kaufmann, F. T. Leighton, A. Symvonis, E. Welzl, G. J. Woeginger. Drawing graphs in the plane with high resolution // SIAM Journal on Computing. — 1993. — Т. 22, вып. 5. — С. 1035–1052. — doi:10.1137/0222063.
Lowell J. Hansen. On the Rodin and Sullivan ring lemma // Complex Variables, Theory and Application. — 1988. — Т. 10, вып. 1. — С. 23–30. — doi:10.1080/17476938808814284.
János Pach, Dömötör Pálvölgyi. Bounded-degree graphs can have arbitrarily large slope numbers // Electronic Journal of Combinatorics. — 2006. — Т. 13, вып. 1. — С. N1.
János Pach, Micha Sharir. Combinatorial Geometry and Its Algorithmic Applications: The Alcalá Lectures. — American Mathematical Society, 2009. — Т. 152. — С. 126–127. — (Mathematical Surveys and Monographs).