For graphs $G$ and $H$, an $H$-coloring of $G$ is an edge-preserving mapping from $V(G)$ to $V(H)$. In the $H$-Coloring problem the graph $H$ is fixed and we ask whether an instance graph $G$ admits an $H$-coloring. A generalization of this problem is $H$-ColoringExt, where some vertices of $G$ are already mapped to vertices of $H$ and we ask if this partial mapping can be extended to an $H$-coloring. We study the complexity of variants of $H$-Coloring in $F$-free graphs, i.e., graphs excluding a fixed graph $F$ as an induced subgraph. For integers $a,b,c \geq 1$, by $S_{a,b,c}$ we denote the graph obtained by identifying one endvertex of three paths on $a+1$, $b+1$, and $c+1$ vertices, respectively. For odd $k \geq 5$, by $W_k$ we denote the graph obtained from the $k$-cycle by adding a universal vertex. As our main algorithmic result we show that $W_5$-ColoringExt is polynomial-time solvable in $S_{2,1,1}$-free graphs. This result exhibits an interesting non-monotonicity of $H$-ColoringExt with respect to taking induced subgraphs of $H$. Indeed, $W_5$ contains a triangle, and $K_3$-Coloring, i.e., classical 3-coloring, is NP-hard already in claw-free (i.e., $S_{1,1,1}$-free) graphs. Our algorithm is based on two main observations: 1. $W_5$-ColoringExt in $S_{2,1,1}$-free graphs can be in polynomial time reduced to a variant of the problem of finding an independent set intersecting all triangles, and 2. the latter problem can be solved in polynomial time in $S_{2,1,1}$-free graphs. We complement this algorithmic result with several negative ones. In particular, we show that $W_5$-ColoringExt is NP-hard in $S_{3,3,3}$-free graphs. This is again uncommon, as usually problems that are NP-hard in $S_{a,b,c}$-free graphs for some constant $a,b,c$ are already hard in claw-free graphs.


翻译:$G 和 $H 。 对于图形 $G 和 $H, 以 美元平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面,平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面,平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面,平面平面平面平面平面平面,平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面,平面平面平面平面,平面平面平面平面,平面平面,平面平面,平面平面平面平面,平面平面平面平面平面平面,平面平面,平面,平面平面平面平面,平面,平面,平面平面平面,平面平面,平面,平面平面平面平面平面,平面,平面,平面,平面平面,平面,平面平面,平面平面平面平面平面,平面,平面,平面,平面平面平面,平面,平面平面平面平面平面平面平面,平面平面,平面平面平面平面平面,平面,平面,平面平面平面平面平面,平面,平面平面,平面,平面,平面平面

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