Master's Thesis

Fuzzification of fractional graph coloring

Final Thesis 1.23 MB

Author of thesis: Ing. Peter Vaňo

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. RNDr. Dana Hliněná, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. František Zbořil, Ph.D.

Abstract:

The current approach to fuzzy fractional graph coloring uses the fuzzy information only for the identification of weakly adjecent edges. After their removal, the fuzzy information of the graph is not taken into account during the process. The aim of this thesis is to propose a new approach to fuzzy fractional graph coloring. The new approach uses the fuzzy information throughout the entire graph coloring process and considers vertices and edges membership functions. The proposed approach is also a monotone extension of the classical fractional graph coloring. The thesis further includes an analysis of the new approach's properties and demonstrates its application to the optimization of traffic light cycles.

Keywords:

graph theory, fuzzy graph theory, graph coloring, fractional graph coloring, fuzzy fractional graph coloring, chromatic number, traffic light, optimization, linear programming

Date of defence

22.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm C.

Topics for thesis defence

  1. V textu uvádíte, že barvení grafu je možné aplikovat i při rozvrhování. Můžete uvést nějaké další problémy tohoto nebo jiného typu, kde by frakční barvení fuzzy grafů dalo použít jako vhodná metoda?
  2. Můžete se vyjádřit ke vztahu hodnot Neighbours k příslušnosti hrany mi dané nerovnice na straně 60? Jak by měl být tímto omezením garantován axiom hranového rozdílu?
  3. Jakým způsobem využíváte lineárního programování?
  4. Rozdělujete barvy spojitě, nebo diskrétně?
  5. Můžete okomentovat prezentovanou rovnici?
  6. Jaká je složitost Vašeho řešení?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Information Technology and Artificial Intelligence (MITAI)

Specialization

Software Verification and Testing (NVER)

Composition of Committee

doc. Mgr. Adam Rogalewicz, Ph.D. (předseda)
doc. RNDr. Milan Češka, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Martin Hrubý, Ph.D. (člen)
Ing. Aleš Smrčka, Ph.D. (člen)
Dr. Ing. Petr Peringer (člen)
Ing. Jaroslav Rozman, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. RNDr. Dana Hliněná, Ph.D.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Hlavním výsledkem diplomové práce je nový přístup k fuzzifikaci frakcionálního barvení fuzzy grafů. V práci je zdůvodněn zvolený proces fuzzifikace, popisuje jeho vlastnosti a ukazuje jeho omezení na různých třídách fuzzy grafů. Jedná se o originální výsledky, které otevírají nové výzkumné horizonty. 

Problematiku řešenou v předložené práci považuji za obtížnější. Náročnost je dána teoretickým charakterem i rozsahem práce.  Řešení problematiky vyžadovalo zorientovat se, s dostatečným předstihem a nad rámec dosavadního povinného studia, v oblasti fuzzy teorie grafů, zejména jejich využití při popisu světelných křižovatek a nalezení efektivního nastavení průjezdů křižovatkou a také v oblasti lineární optimalizace.

Práce je napsána srozumitelně, obsahuje dostatek ilustračních příkladů. Autor prokázal schopnost samostatné práce. Domnívám se, že předložená práce je důležitým krokem autora k jeho další, úspěšné  práci.

Aktivita při dokončování

Práce byla dokončena včas a struktura i obsah finálního řešení byl konzultován.

Publikační činnost, ocenění

Publikační činnost zatím není známa, ale aktuálně připravujeme publikaci, která je založena na novém přístupu k barvení fuzzy grafů. 

Práce s literaturou

Student vychází zejména z vědeckých článků a knih týkajících se fuzzy teorie grafů a jejich aplikací, což odpovídá tématu a charakteru diplomové práce. Vhodné studijní zdroje student aktivně sám vyhledával.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Student na tématu pracoval aktivně a průběžně. Hlavní část diplomové práce, nový přístup k frakcionálnímu barvení  fuzzy grafů, tak byla prakticky dokončena již po zimním semestru.

Points proposed by supervisor: 93

Grade proposed by supervisor: A

Práci hodnotím jako velmi zdařilou. Spíše matematické téma je zpracováno s jasným přesahem do informatiky a součástí jsou i softwarová díla. To, že hodnotím stupněm B, je dáno několika výhradami, které jsem uvedl v části o prezentační úrovni práce. Pokud se studentovi podaří řádně vysvětlit tyto nesrovnalosti, může být podle mého názoru práce hodnocena i stupněm A.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Rozsah splnění požadavků zadání

Student při vypracování navrhl dvě vlastní metody pro frakční barvení grafu a ukázal, že tyto metody jsou přínosné i pro reálné problémy. Student zadání splnil bez výhrad.

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Prezentační úroveň technické zprávy

Struktura práce je logicky vystavěna. Autor seznamuje čtenáře s potřebnými formalismy, tedy teorií grafů, barvením grafů včetně frakčního a s fuzzy strukturami. Součástí teoretického úvodu je i představení simplexové metody lineárního programování, kterou studentem navržené metody používají pro hledání barvení. Tato metoda je představena poměrně podrobně i s příkladem, ovšem později se v práci v souvislosti s realizovaným aplikačním výstupem již explicitně nezmiňuje. Vlastní jádro práce je v kapitolách 4 a 5. Nejprve jsou představeny obě nové metody. Zatímco metoda využívající množiny vrcholů je popsána dostatečně, u maticové metody by bylo dobré příklad popsat podrobněji. Zde mám také poznámku k definici množiny Neighbours. Zdá se mi, že není definována správně, konkrétně pak její použití v nerovnici na straně 60. Příslušnost hrany má být menší, než je rozsah stejných barev v hranou propojených uzlech, což ale nerovnice neodpovídá. Další poznámku mám k příkladu, který doprovází maticovou metodu a mohl být podrobnější. Celkově je ale práce na velmi dobré úrovni. V práci jsou také zmíněny třídy složitosti, do kterých problém patří, což hodnotím pozitivně.

85
Formální úprava technické zprávy

Po formální stránce je práce na velmi dobré úrovni. Pokud mohu posoudit slovenštinu, je bezchybná. Stylisticky je také vše v pořádku. Připomínku mám k absenci číslování rovnic. V minulé sekci jsem se na rovnici musel odkazovat přes číslo stránky, což mi přišlo nevhodné. Drobný překlep je patrně v tabulce 2.1. V posledním řádku v sumě má být místo xn2 uvedeno xin. Příloha C s příklady mohla být představena a využita podrobněji. Navíc obrázky nazvané jednotlivými zkratkami jsou, minimálně v přehledu obrázků, nepřehledné. Přes uvedené drobnosti hodnotím tento bod velmi vysoko.

95
Práce s literaturou

Literární prameny vhodně pokrývají matematické zadání práce. Většina se týká grafů a fuzzy grafů, najdeme zde i prameny k lineárnímu programování. Všechny zdroje jsou v práci řádně citovány. Je zřejmé, co jsou teoretické základy a co je vlastní práce studenta. V tomto bodě nemám výhrady.

90
Realizační výstup

Aplikace je konzolová a provádí navržené metody. Jelikož práce měla své těžiště v teoretické oblasti, není skromnější aplikace nedostatkem. Jejím účelem bylo ukázat fungování metody a její použití jako softwarového díla. Student jejím vytvořením zároveň prokázal své programátorské schopnosti.

89
Využitelnost výsledků

Práce jednak vhodně prezentuje téma frakčního barvení grafů a fuzzy grafů a je vhodná pro získání a rozšíření znalostí v této oblasti, a jednak výsledné metody mohou být vhodnou volbou pro řešení některých tříd problémů, a to nejen v dopravě.

Náročnost zadání

Evaluation level: průměrně obtížné zadání

Tématem práce jsou fuzzy grafy, jejich frakční barvení a následná aplikace této metody na reálný problém. Jedná se o výrazně matematické téma, které ale úzce souvisí s informatikou. Student musel prokázat schopnosti jak po teoretické, tak i po praktické stránce. Celkově hodnotím zadání jako průměrně obtížné.

Topics for thesis defence:
  1. V textu uvádíte, že barvení grafu je možné aplikovat i při rozvrhování. Můžete uvést nějaké další problémy tohoto nebo jiného typu, kde by frakční barvení fuzzy grafů dalo použít jako vhodná metoda?
  2. Můžete se vyjádřit ke vztahu hodnot Neighbours k příslušnosti hrany mi dané nerovnice na straně 60? Jak by měl být tímto omezením garantován axiom hranového rozdílu?
Points proposed by reviewer: 89

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová