A random 2-cell embedding of a connected graph $G$ in some orientable surface is obtained by choosing a random local rotation around each vertex. Under this setup, the number of faces or the genus of the corresponding 2-cell embedding becomes a random variable. Random embeddings of two particular graph classes -- those of a bouquet of $n$ loops and those of $n$ parallel edges connecting two vertices -- have been extensively studied and are well-understood. However, little is known about more general graphs despite their important connections with central problems in mainstream mathematics and in theoretical physics (see [Lando & Zvonkin, Springer 2004]). There are also tight connections with problems in computing (random generation, approximation algorithms). The results of this paper, in particular, explain why Monte Carlo methods (see, e.g., [Gross & Tucker, Ann. NY Acad. Sci 1979] and [Gross & Rieper, JGT 1991]) cannot work for approximating the minimum genus of graphs. In his breakthrough work ([Stahl, JCTB 1991] and a series of other papers), Stahl developed the foundation of "random topological graph theory". Most of his results have been unsurpassed until today. In our work, we analyze the expected number of faces of random embeddings (equivalently, the average genus) of a graph $G$. It was very recently shown [Campion Loth & Mohar, arXiv 2022] that for any graph $G$, the expected number of faces is at most linear. We show that the actual expected number of faces is usually much smaller. In particular, we prove the following results: 1) $\frac{1}{2}\ln n - 2 < \mathbb{E}[F(K_n)] \le 3.65\ln n$, for $n$ sufficiently large. This greatly improves Stahl's $n+\ln n$ upper bound for this case. 2) For random models $B(n,\Delta)$ containing only graphs, whose maximum degree is at most $\Delta$, we show that the expected number of faces is $\Theta(\ln n)$.


翻译:随机的 2 单元格嵌入一个连接的正方块 $65 美元 。 但是, 通过选择每个顶点的随机本地旋转 $65 美元, 获得了一个随机的 commal 美元 。 在此设置下, 相应的 2 单元格嵌入的面孔或元件数成为随机变量 。 随机嵌入两个特定的图形类 -- 美元环形的花束和连接两个顶点的美元平行边緣 -- 已经进行了广泛研究, 并且得到了很好的理解 。 然而, 更普通的图表很少为人所知, 尽管它们与主流数学和理论物理学中的中心问题有重要联系 。 在这个设置下, 2 个基点的面数 。 在1991 年的 美元基点上显示的预计数。 [Gross & Tucker, 数字在今天的正数中, 我们的正平面数 无法对上方块的 Stalmainal 进行最起码的解析度 。

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