The Four Color Algorithm

본 논문은 지금까지 NP-완전인 난제로 알려진 4-색 정리를 $O(n)$ 선형시간 복잡도로 수기식과 컴퓨터를 활용하여 증명하는 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 그래프 $G=(V_1,E_1)$ 의 정점 집합 V를 최대 독립집합 $\bar{C_1}$ 와 최소 정점 피복 집합 $C_1$ 으로 정확히 양분하는 기법을 적용하여 $\bar{C_1}$ 에 첫 번째 색을 배정하고, $C_1$ 집합의 정점들로 축소된 연결 그래프 $G=(V_2,E_2)$ 를 대상으로 $\bar{C_2}$ 와 $C_2$ 로 양분하여 $\bar{C_2}$ 에 두 번째 색을 지정하였다. $C_2$ 집합의 정점들로 축소된 연결 그래프 $G=(V_3,E_3)$ 를 대상으로 $\bar{C_3}$ 와 $C_3$ 로 양분하여 $\bar{C_3}$ 에 세 번째 색을 지정하였다. 마지막으로 $C_3$ 를 $\bar{C_4}$ 로 하여 4번째 색을 배정하였다. 2개의 실제 지도 그래프와 2개의 평면 그래프를 대상으로 제안된 알고리즘을 적용한 결과 모든 그래프에서 채색수 ${\chi}(G)=4$ 를 찾는데 성공하였다. 결국, 제안된 "4-색 알고리즘"은 평면 그래프의 4-색을 결정하는 일반적인 알고리즘으로 적용할 수 있을 것이다. This paper proposes an algorithm that proves an NP-complete 4-color theorem by employing a linear time complexity where $O(n)$ . The proposed algorithm accurately halves the vertex set V of the graph $G=(V_1,E_1)$ into the Maximum Independent Set (MIS) $\bar{C_1}$ and the Minimum Vertex Cover Set $C_1$ . It then assigns the first color to $\bar{C_1}$ and the second to $\bar{C_2}$ , which, along with $C_2$ , is halved from the connected graph $G=(V_2,E_2)$ , a reduced set of the remaining vertices. Subsequently, the third color is assigned to $\bar{C_3}$ , which, along with $C_3$ , is halved from the connected graph $G=(V_3,E_3)$ , a further reduced set of the remaining vertices. Lastly, denoting $C_3$ as $\bar{C_4}$ , the algorithm assigns the forth color to $\bar{C_4}$ . The algorithm has successfully obtained the chromatic number ${\chi}(G)=4$ with 100% probability, when applied to two actual map and two planar graphs. The proposed "four color algorithm", therefore, could be employed as a general algorithm to determine four-color for planar graphs.