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Propriétés géométriques du nombre chromatique : polyèdres, structure et algorithmes

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Doctorant : Benchetrit Yohann

  • Directeur : SEBO Andras
  • Laboratoire : G-SCOP

Le calcul du nombre chromatique et la détermination d’une coloration optimale des sommets d’un graphe sont des problèmes NP-difficiles en général. Ils peuvent cependant être résolus en temps polynomial dans les graphes parfaits. Par ailleurs, la perfection d’un graphe peut être décidée efficacement. Les graphes parfaits sont caractérisés par la structure de leur polytope des stables : les facettes non-triviales sont définies exclusivement par des inégalités de cliques. Réciproquement, une structure similaire des facettes du polytope des stables détermine-t-elle des propriétés combinatoires et algorithmiques intéressantes ? Un graphe est h-parfait si les facettes non-triviales de son polytope des stables sont définies par des inégalités de cliques et de circuits impairs. On ne connaît que peu de résultats analogues au cas des graphes parfaits pour la h-perfection, et on ne sait pas si les problèmes sont NP-difficiles. Par exemple, les complexités algorithmiques de la reconnaissance des graphes h-parfaits et du calcul de leur nombre chromatique sont toujours ouvertes. Par ailleurs, on ne dispose pas de borne sur la différence entre le nombre chromatique et la taille maximum d’une clique d’un graphe h-parfait. Dans cette thèse, nous montrons tout d’abord que les opérations de t-mineurs conservent la h-perfection (ce qui fournit une extension non triviale d’un résultat de Gerards et Shepherd pour la t-perfection). De plus, nous prouvons qu’elles préservent la propriété de décomposition entière du polytope des stables. Nous utilisons ce résultat pour répondre négativement à une question de Shepherd sur les graphes h-parfaits 3-colorables. L’étude des graphes minimalement h-imparfaits (relativement aux t-mineurs) est liée à la recherche d’une caractérisation co-NP combinatoire de la h-perfection. Nous faisons l’inventaire des exemples connus de tels graphes, donnons une description de leur polytope des stables et énonçons plusieurs conjectures à leur propos. D’autre part, nous montrons que le nombre chromatique (pondéré) de certains graphes h-parfaits peut être obtenu efficacement en arrondissant sa relaxation fractionnaire à l’entier supérieur. Ce résultat implique notamment un nouveau cas d’une conjecture de Goldberg et Seymour sur la coloration d’arêtes. Enfin, nous présentons un nouveau paramètre de graphe associé aux facettes du polytope des couplages et l’utilisons pour donner un algorithme simple et efficace de reconnaissance des graphes h-parfaits dans la classe des graphes adjoints.