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By a well known theorem of Robbins, a graph G has a strongly connected orientation if and only if G is 2-edge-connected and it is easy to find, in linear time, either a cut edge of G or a strong orientation of G. A result of Durand de Gevigney shows that for every it is NP-hard to decide if a given graph G has a k-strong orientation. Thomassen showed that one can check in polynomial time whether a given graph has a 2-strong orientation. This implies that for a given digraph D we can determine in polynomial time whether we can reorient (=reverse) some arcs of to obtain a 2-strong digraph. This naturally leads to the question of determining the minimum number of such arcs to reverse before the resulting graph is 2-strong. In this paper we show that finding this number is NP-hard. If a 2-connected graph G has no 2-strong orientation, we may ask how many of its edges we may orient so that the resulting mixed graph is still 2-strong. Similarly, we may ask for a 2-edge-connected graph G how many of its edges we can orient such that the resulting mixed graph remains 2-arc-strong. We prove that when restricted to graphs satisfying suitable connectivity conditions, both of these problems are equivalent to finding the minimum number of edges we must double in a 2-edge-connected graph in order to obtain a 4-edge-connected graph. Using this, we show that all these three problems are NP-hard. Finally, we consider the operation of deorienting an arc uv of a digraph D meaning replacing it by an undirected edge between the same vertices. In terms of connectivity properties, this is equivalent to adding the opposite arc vu to D. We prove that for every it is NP-hard to find the minimum number of arcs to deorient in a digraph D in order to obtain an ℓ-strong digraph.

Fortier et al. proposed several research problems on packing arborescences and settled some of them. Others were later solved by Matsuoka and Tanigawa and by Gao and Yang. The last open problem is settled in this article. We show how to turn an inductive idea used in the latter two articles into a simple proof technique that allows to relate previous results on arborescence packings. We prove that a strong version of Edmonds’ theorem on packing spanning arborescences implies Kamiyama, Katoh and Takizawa’s result on packing reachability arborescences and that Durand de Gevigney, Nguyen and Szigeti’s theorem on matroid-based packing of arborescences implies Király’s result on matroid-reachability-based packing of arborescences. Further, we deduce a new result on matroid-reachability-based packing of mixed hyperarborescences from a theorem on matroid-based packing of mixed hyperarborescences due to Fortier et al.. Finally, we deal with the algorithmic aspects of the problems considered. We first obtain algorithms to find the desired packings of arborescences in all settings and then apply Edmonds’ weighted matroid intersection algorithm to also find solutions minimizing a given weight function.

Nash-Williams proved that every graph has a well-balanced orientation. A key ingredient in his proof is admissible odd-vertex pairings. We show that for two slightly different definitions of admissible odd-vertex pairings, deciding whether a given odd-vertex pairing is admissible is co-NP-complete. This resolves a question of Frank. We also show that deciding whether a given graph has an orientation that satisfies arbitrary local arc-connectivity requirements is NP-complete.

Hadwiger conjectured that every graph of chromatic number k admits a clique minor of order k. Here we prove for k ≤ 10, that every graph of chromatic number k with a unique k-coloring (up to the color names) admits a clique minor of order k. The proof does not rely on the Four Color Theorem.

Hadwigers Vermutung ist eine der anspruchsvollsten Vermutungen für Graphentheoretiker und bietet eine weitreichende Verallgemeinerung des Vierfarbensatzes. Ausgehend von dieser offenen Frage der strukturellen Graphentheorie werden gewurzelte Strukturen in Graphen diskutiert. Eine Transversale einer Partition ist definiert als eine Menge, welche genau ein Element aus jeder Menge der Partition enthält und sonst nichts. Für einen Graphen G und eine Teilmenge T seiner Knotenmenge ist ein gewurzelter Minor von G ein Minor, der T als Transversale seiner Taschen enthält. Sei T eine Transversale einer Färbung eines Graphen, sodass es ein System von kanten-disjunkten Wegen zwischen allen Knoten aus T gibt; dann stellt sich die Frage, ob es möglich ist, die Existenz eines vollständigen, in T gewurzelten Minors zu gewährleisten. Diese Frage ist eng mit Hadwigers Vermutung verwoben: Eine positive Antwort würde Hadwigers Vermutung für eindeutig färbbare Graphen bestätigen. In dieser Arbeit wird ebendiese Fragestellung untersucht sowie weitere Konzepte vorgestellt, welche bekannte Ideen der strukturellen Graphentheorie um eine Verwurzelung erweitern. Beispielsweise wird diskutiert, inwiefern hoch zusammenhängende Teilmengen der Knotenmenge einen hoch zusammenhängenden, gewurzelten Minor erzwingen. Zudem werden verschiedene Ideen von Hamiltonizität in planaren und nicht-planaren Graphen behandelt.

We prove lower bounds on the number of different cycle lengths of cubic Hamiltonian graphs that do not contain a fixed subdivision of a claw as an induced subgraph.

Das erste Fachkapitel ist der Berechnung von Kreispackungszahlen, d.h. der maximalen Größe kanten- bzw. eckendisjunkter Kreispackungen, gewidmet. Da diese Probleme bekanntermaßen sogar für subkubische Graphen schwer sind, behandelt der erste Abschnitt die Komplexität des Packens von Kreisen einer festen Länge l in Graphen mit Maximalgrad Delta. Dieses für l=3 von Caprara und Rizzi gelöste Problem wird hier auf alle größeren Kreislängen l verallgemeinert. Der zweite Abschnitt beschreibt die Struktur von Graphen, für die die Kreispackungszahlen einen vorgegebenen Abstand zur zyklomatischen Zahl haben. Die 2-zusammenhängenden Graphen mit dieser Eigenschaft können jeweils durch Anwendung einer einfachen Erweiterungsregel auf eine endliche Menge von Graphen erzeugt werden. Aus diesem Strukturergebnis wird ein fpt-Algorithmus abgeleitet. Das zweite Fachkapitel handelt von der Größenordnung der minimalen Anzahl von Kreislängen in einem Hamiltongraph mit q Sehnen. Eine Familie von Beispielen zeigt, dass diese Unterschranke höchstens die Wurzel von q+1 ist. Dem Hauptsatz dieses Kapitels zufolge ist die Zahl der Kreislängen eines beliebigen Hamiltongraphen mit q Sehnen mindestens die Wurzel von 4/7*q. Der Beweis beruht auf einem Lemma von Faudree et al., demzufolge der Graph, der aus einem Weg mit Endecken x und y und q gleichlangen Sehnen besteht, x-y-Wege von mindestens q/3 verschiedenen Längen enthält. Der erste Abschnitt enthält eine Korrektur des ursprünglich fehlerhaften Beweises und zusätzliche Schranken. Der zweite Abschnitt leitet daraus die Unterschranke für die Anzahl der Kreislängen ab. Das letzte Fachkapitel behandelt Unterschranken für den Unabhängigkeitsquotienten, d.h. den Quotienten aus Unabhängigkeitszahl und Ordnung eines Graphen, für Graphen gegebener Dichte. In der Einleitung werden bestmögliche Schranken für die Klasse aller Graphen sowie für große zusammenhängende Graphen aus bekannten Ergebnissen abgeleitet. Danach wird die Untersuchung auf durch das Verbot kleiner ungerader Kreise eingeschränkte Graphenklassen ausgeweitet. Das Hauptergebnis des ersten Abschnitts ist eine Verallgemeinerung eines Ergebnisses von Heckman und Thomas, das die bestmögliche Schranke für zusammenhängende dreiecksfreie Graphen mit Durchschnittsgrad bis zu 10/3 impliziert und die extremalen Graphen charakterisiert. Der Rest der ersten beiden Abschnitte enthält Vermutungen ähnlichen Typs für zusammenhängende dreiecksfreie Graphen mit Durchschnittsgrad im Intervall [10/3, 54/13] und für zusammenhängende Graphen mit ungerader Taillenweite 7 mit Durchschnittsgrad bis zu 14/5. Der letzte Abschnitt enthält analoge Beobachtungen zum Bipartitionsquotienten. Die Arbeit schließt mit Vermutungen zu Unterschranken und die zugehörigen Klassen extremaler Graphen für den Bipartitionsquotienten.

Let x be a vertex of a simple graph G. The vertex-type of x is the lexicographically ordered degree sequence of its neighbors. We call the graph G vertex-oblique if there are no two vertices in V(G) which are of the same vertex-type. We will show that the set of vertex-oblique graphs of arbitrary connectivity is infinite.

Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung asymmetrischer Strukturen in Graphen. Dabei wird insbesondere betrachtet, inwieweit solche Strukturen in Graphen beliebiger Größe auftreten können. Nach einem Satz von Wright sind fast alle Graphen asymmetrisch. Auf der anderen Seite zeigen viele Resultate der Ramsey-Theorie, dass bei wachsenden Strukturen gewisse Regularitäten oder Ähnlichkeiten oft unvermeidlich sind. Der Begriff der Asymmetrie wird dahingehend erweitert, dass auch lokale Ähnlichkeiten ausgeschlossen werden. Graphen mit dieser hochgradigen Asymmetrieeigenschaft werden schräge Graphen (oblique graphs) genannt. Im ersten Teil der Arbeit werden asymmetrische Strukturen in Polyedergraphen untersucht. Für diese Graphenklasse sind Symmetrieeigenschaften in der Vergangenheit bereits oft untersucht worden. In dieser Arbeit werden verschiedene Typdefinitionen für die Flächen und Kanten eines Polyedergraphen vorgestellt. Ein Polyedergraph ist schräg bezüglich einer solchen Definition, wenn keine zwei Flächen beziehungsweise Kanten den gleichen Typ haben. Die Hauptresultate dieses Teils der Arbeit sind Sätze, die die Endlichkeit der Menge solcher schräger Graphen zeigen. Darüber hinaus kann in manchen Fällen gezeigt werden, dass jeder hinreichend große Polyedergraph mehr als z Kanten oder Flächen eines gemeinsamen Typs enthalten muss, wobei z eine beliebige natürliche Zahl ist. Im weiteren Verlauf werden die Endlichkeitsresultate über schräge Polyedergraphen auf Landkarten auf Flächen höheren Geschlechts übertragen. Im zweiten Teil der Arbeit werden schließlich asymmetrische Strukturen in allgemeinen Graphen untersucht. Ein schlichter Graph wird eckenschräg genannt, wenn sich je zwei Ecken in der Gradfolge ihrer Nachbarecken unterscheiden. Es wird gezeigt, dass es selbst unter verschiedenen zusätzlichen einschränkenden Bedingungen unendlich viele solche Graphen gibt. Im letzten Abschnitt der Arbeit werden schließlich Zufallsgraphen betrachtet. Es wird gezeigt, dass mit wachsender Eckenzahl die Wahrscheinlichkeit eines Zufallsgraphen, eckenschräg zu sein, gegen 1 konvergiert. Das heißt, fast jeder Graph ist eckenschräg, falls sich die Wahrscheinlichkeit dafür, dass eine bestimmte Kante im Zufallsgraphen auftritt, innerhalb gewisser, vorgegebener Grenzen bewegt.

Unter dem Dominanzproblem verstehen wir die Bestimmung der Dominanzzahl eines Graphen. Das zugehörige Entscheidungsproblem ist NP-vollständig. Somit ist man sowohl an guten oberen Schranken für die Dominanzzahl als auch an (möglichst effizienten) Algorithmen interessiert, die eine dominierende Menge liefern, deren Kardinalität diese Schranke nicht übersteigt.- In dieser Arbeit gelingt es, mit Mitteln der wahrscheinlichkeitstheoretischen Methode stetige Optimierungsprobleme für die Dominanzzahl, die Vektordominanzzahl, die totale Dominanzzahl bzw. die totale Vektordominanzzahl sowie die Überdeckungszahl (und damit auch für die Unabhängigkeitszahl) aufzustellen. Davon ausgehend werden Methoden zur Gewinnung oberer Schranken für die Dominanzzahlen der untersuchten Konzepte angegeben. Es werden Algorithmen vorgestellt, die für eine vorgegebene Schranke eine Knotenmenge berechnen, deren Kardinalität diese Schranke nicht übersteigt und die im entsprechenden Sinn dominierend ist. Die Algorithmen erweisen sich als polynomial für die Dominanz und die totale Dominanz, im Falle beschränkter Maximalvalenz auch für die Vektordominanz und die totale Vektordominanz. - Eine geeignete Einschränkung des zulässigen Bereiches liefert für paare Graphen explizit berechenbare Schranken in Abhängigkeit von den Minimalvalenzen in den Partitionsklassen. Diese Schranken sind gegenüber den aus der Literatur bekannten Schranken verbessert. Die Betrachtung verallgemeinerter Bipartitionen für nicht notwendig paare Graphen ermöglicht ebenfalls die Berechnung verbesserter Schranken und zudem die Berücksichtigung weiterer Graphenparameter bei der Schrankenberechnung.

A k-gon alpha of a polyhedral graph G(V,E,F) is of type <b1,b2,...,bk> if the vertices incident with alpha in cyclic order have degrees b1, b2,...,bk and <b1,b2,...,bk>$ is the lexicographic minimum of all such sequences available for alpha. A polyhedral graph G is oblique if it has no two faces of the same type. Among others it is shown that an oblique graph contains vertices of degree 3.

We have proved that every 3-connected planar graph G either contains a path on k vertices each of which has degree at most 5k or does not contain any path on k vertices; the bound 5k is the best possible. Moreover, for every connected planar graph H other than a path and for every integer m ≥ 3 there is a 3-connected planar graph G such that each copy of H in G contains a vertex of degree at least m.