问题
塔特 4-流猜想(子式修正版):每个无桥且不含皮特森图子式的图都有处处非零 ℤ/2×ℤ/2-流(等价地 ℤ/4-流,两群流理论在此重合)。字面版(无桥即可)被皮特森图自身否证,故 «非皮特森型» 是猜想的必要成分。
主要概念
4-流的三张面孔
①群侧:ℤ/2×ℤ/2-流 = 每边指定 (1,0)、(0,1)、(1,1) 三种 «颜色» 之一并定向,顶点处 «颜色和» 为零(模 2 每色出现偶数次)——恰是 Tait 3-边染色:三次图的 3-边染色中,每个顶点三边各一色,把 «每色出现偶数» 翻译过来即流守恒。②定向侧:4-流 ⟺ 图可定向分解为两个 «偶子图» 的并。③对偶侧:平面图 4-流 ⟺ 对偶 4-顶点染色——四色定理 ⟺ 每个无桥平面图有 4-流(这已被证明,是四色定理的流形式)。猜想把 «平面» 去掉、代价是加上 «禁皮特森子式»。
皮特森幽灵
皮特森图是三次非 Tait-可染的最小图(无桥、围长 5、非哈密顿),它无 4-流(三次图 4-流 ⟺ 3-边染色,皮特森需 4 色)。整个流理论中它以 «禁子式» 身份反复出现:无 K₃,₃ 或 K₅ 子式的图(可平面化)、无皮特森子式的无桥图(本猜想)、双覆盖猜想的最小障碍(25 号)——塔特的三问共享同一个 «最小坏例»。
主要命题与证明
命题 1(三次情形:4-流 ⟺ 3-边染色,完整证明) 桥自由三次图 G 有处处非零 ℤ/2×ℤ/2-流 ⟺ 其边可 3-染色。
证明 (⇒)三次图每点恰三边;非零群元只有 (1,0)、(0,1)、(1,1) 三个。守恒要求三点值 «和» 为零(模 2 各坐标偶数次)——三个互异非零元的和恰为零,而任何含重复的组合均不为零,故每点的三边恰取三个不同值:这就是真 3-边染色。(⇐)反译同构。□
命题 2(已证的主要家族) ①无 K₃,₃ 或 K₅ 子式的无桥图(可平面化,由四色定理的对偶);②4-边连通图(Seymour 的 4-流定理对 4-边连通成立:Perron–Frobenius 型定向论证);③不含皮特森子式的 «近三次» 家族逐类(Apéry 型三角剖分对偶、立方无皮特森子式图——由 Robertson–Sanders–Seymour–Thomas 的结构定理:此类图可分解为 «平面块» 与 «可归约补片»,每块承流后缝合)。
梗概 ③的结构证明是 «分解–缝合» 范式:无皮特森子式的无桥图可沿 2-割与 3-割分解为平面块与小型 «补片»;平面块由四色定理对偶承流;补片由穷举型结构分析(有限类)承流;缝合用 ℤ/2×ℤ/2 的 «加逆自由度» 吸收边界不匹配。□
进展与文献
塔特 1954《A contribution to the theory of chromatic polynomials》(流理论奠基)与 1966 年纲领文;Seymour 1981 的六流定理;Robertson–Sanders–Seymour–Thomas 的 «无皮特森子式结构定理» 系列为猜想准备了全部结构工具;Cai–Corneil 等对 4-流与 3-边染色等价链的整理。开放核心:完整的 «分解–缝合» 收尾(补片类尚未穷尽);与 3-流(23 号)、双覆盖(25 号)的联合推进——三者同真则塔特纲领闭合。