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Matemágica

Coloração de grafos: do mapa ao número cromático

Transforme um mapa de regiões em grafo, pinte os vértices com a coloração gulosa passo a passo e compare com o número cromático exato.

Nível 2 · Intermediário Aula Origem: nova

Coloração de grafos

Um mapa de países ou regiões vira um grafo quando cada região é um vértice e duas regiões que dividem fronteira viram uma aresta. Pintar o mapa sem que regiões vizinhas tenham a mesma cor é o mesmo que colorir os vértices de modo próprio: vizinhos recebem cores diferentes.

O menor número de cores que faz isso é o número cromático, χ(G). O teorema das quatro cores diz que todo mapa plano pode ser pintado com 4 cores. A aula O problema das quatro cores trata dele; aqui o foco é o algoritmo sobre o grafo.

Coloração gulosa

A gulosa percorre os vértices em uma ordem fixa e dá a cada um a menor cor que nenhum vizinho já colorido usa. Ela é rápida e sempre produz uma coloração própria, mas o número de cores depende da ordem: uma ordem ruim pode gastar mais cores do que o necessário.

A ordem de Welsh-Powell coloca primeiro os vértices de maior grau, porque eles têm mais restrições. Ela costuma ajudar, mas não garante o ótimo.

Número cromático exato

Para grafos pequenos, o programa testa se é possível colorir com k − 1 cores, depois com k − 2, até falhar. A busca é por tentativa e erro com poda; por isso só é feita até 14 vértices, e o painel do editor só calcula ao vivo até 10. Em grafos maiores, o problema fica caro rapidamente.

Lições úteis

Sobre o mapa desta aula

O grafo de exemplo com as cinco regiões do Brasil usa fronteiras simplificadas, só para ilustrar a construção. Ele não é um levantamento oficial de fronteiras entre estados.

Desafios

  1. Nas regiões do Brasil, quantas cores o programa usa com a ordem natural e quantas com a ordem por grau? O resultado é o mesmo?

    Dica

    Troque a ordem no seletor e compare a linha Gulosa com a linha Número cromático.

  2. Construa um mapa em que a coloração gulosa, com a ordem natural, use mais cores do que o número cromático.

    Dica

    Um ciclo par com a ordem dos vértices alternando entre lados opostos é um bom exemplo: troque a ordem em Coloração gulosa.

  3. Por que um grafo que tem um triângulo precisa de pelo menos 3 cores?

    Dica

    Em um triângulo, cada vértice é vizinho dos outros dois, então as três cores têm de ser distintas.

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Conceitos

Cada conceito leva à lista de aulas que o usam, por disciplina.