Published 2021 | Version v1
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On the dichromatic number of surfaces

Others:
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Combinatorics, Optimization and Algorithms for Telecommunications (COATI) ; Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-COMmunications, Réseaux, systèmes Embarqués et Distribués (Laboratoire I3S - COMRED) ; Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
Aix Marseille Université (AMU)
Inria
CNRS
I3S
Université Côte D'Azur
ANR-19-CE48-0013,DIGRAPHS,Digraphes(2019)

Description

In this paper, we give bounds on the dichromatic number $\vec{\chi}(\Sigma)$ of a surface $\Sigma$, which is the maximum dichromatic number of an oriented graph embeddable on $\Sigma$. We determine the asymptotic behaviour of $\vec{\chi}(\Sigma)$ by showing that there exist constants $a_1$ and $a_2$ such that, $ a_1\frac{\sqrt{-c}}{\log(-c)} \leq \vec{\chi}(\Sigma) \leq a_2 \frac{\sqrt{-c}}{\log(-c)} $ for every surface $\Sigma$ with Euler characteristic $c\leq -2$. We then give more explicit bounds for some surfaces with high Euler characteristic. In particular, we show that the dichromatic numbers of the projective plane $\mathbb{N}_1$, the Klein bottle $\mathbb{N}_2$, the torus $\mathbb{S}_1$, and Dyck's surface $\mathbb{N}_3$ are all equal to $3$, and that the dichromatic numbers of the $5$-torus $\mathbb{S}_5$ and the $10$-cross surface $\mathbb{N}_{10}$ are equal to $4$. We also consider the complexity of deciding whether a given digraph or oriented graph embedabble in a fixed surface is $k$-dicolourable. In particular, we show that for any surface, deciding whether a digraph embeddable on this surface is $2$-dicolourable is NP-complete, and that deciding whether a planar oriented graph is $2$-dicolourable is NP-complete unless all planar oriented graphs are $2$-dicolourable (which was conjectured by Neumann-Lara).

Abstract

25 pages, 5 figures, improved asymptotic bounds

Additional details

Created:
December 4, 2022
Modified:
November 29, 2023