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解法:康–凯利–库恩–梅苏库–奥斯图斯基于迭代吸收法的渐近证明(2021年)

第 1/8 步:埃尔德什的500美元问题:给重叠的团染色
通俗地说

设想有 nn 个朋友群体,每个群体最多 nn 人,任意两个群体最多共享一名成员。埃尔德什、法伯与洛瓦斯在1972年猜想:总能从仅含 nn 个名字的列表中给每个人分配一个角色名,使得每个群体内部人人名字不同——这正是群体互不重叠时显然也需要的界 nn。这个看似简单的关于重叠团的命题竟然抵抗了近五十年的证明尝试。

χ′(H)≤n\chi'(\mathcal{H}) \le n
详细分析

Kang、Kelly、Kühn、Methuku 与 Osthus(2023,第1.1节)从 Erdős、Faber 与 Lovász 在1972年提出的三个等价表述出发。论文始终采用的是超图形式:nn 个顶点上的任意线性超图 H\mathcal{H} —— 即任意两条不同的边满足 ∣e∩f∣≤1|e \cap f| \le 1 —— 其边色数满足 χ′(H)≤n\chi'(\mathcal{H}) \le n,其中 χ′(H)\chi'(\mathcal{H}) 是给边染色、使相交边颜色不同所需的最少颜色数。第二种形式是点染色:若图 GG 是 nn 个团的并,每个团至多 nn 个顶点且两两至多共享一个顶点,则 χ(G)≤n\chi(G) \le n。第三种是最初的集合形式:给定 nn 个大小为 nn、两两交集至多 11 个元素的集合,可以用 nn 种颜色给元素染色,使每个集合都是彩虹的(元素颜色两两不同)。

等价性纯粹是配对的。H\mathcal{H} 的正常边染色正是其线图 L(H)L(\mathcal{H}) 的正常点染色:H\mathcal{H} 中每个顶点 vv 在含 vv 的边上诱导一个团,而线性恰好就是"至多共享一个顶点"这一假设。集合关联矩阵的转置把集合表述与团表述互换。因此证明中所有定量推理都在 H\mathcal{H} 上进行,其次数与共次数数据驱动着 nibble 机制。

上界 nn 是必需的,且由第1.1节回顾的三类本质不同的极值例子见证:nn 为奇数的完全图 KnK_n,其线图为 nn-色;"近铅笔"构型,一条边含 n−1n-1 个顶点,另有 n−1n-1 条边经过它缺失的那个顶点;以及有限射影平面,约 nn 条两两相交、大小约 n\sqrt{n} 的边。这些极值族在全文反复出现,正是那些毫无松动的情形。

本步骤中的术语
线性超图
任意两条不同超边至多相交于一个顶点的超图 H\mathcal{H};普通图(所有边大小为 22)自动是线性的。
色指数
为使任意两条共享顶点的边颜色不同,对(超)图的(超)边染色所需的最少颜色数 χ′(H)\chi'(\mathcal{H})。
本步骤用到的知识