แก้ปัญหากราฟยากที่อธิบายไม่ได้


25

ในแง่ของผลล่าสุดของ Arora, Barak และ Steurer, อัลกอริทึม Subexponential สำหรับเกมที่ไม่ซ้ำกันและปัญหาที่เกี่ยวข้องฉันสนใจปัญหากราฟที่มีอัลกอริธึมแบบช่วงเวลา จำกัด แต่เชื่อว่าจะไม่สามารถแก้ไขได้แบบพหุนาม ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงคือมอร์ฟกราฟซึ่งมีขั้นตอนวิธีการ subexponential ของ2O(n1/2log⁡n)เวลาทำงาน อีกตัวอย่างหนึ่งคือปัญหา log-Clique ซึ่งสามารถแก้ไขได้ในเวลากึ่งโพลิโนเมียล ( nO(log⁡n) )

ฉันกำลังมองหาตัวอย่างที่น่าสนใจและควรมีการอ้างอิงถึงการสำรวจปัญหากราฟ subexponential ยาก (ไม่จำเป็นต้องNPสมบูรณ์) นอกจากนี้ยังมีปัญหากราฟกราฟที่ไม่สมบูรณ์ของNPพร้อมอัลกอริธึมเวลาเอ็กซ์โพเนนเชียลหรือไม่?

Impagliazzo, Paturi และ Zaneแสดงให้เห็นว่าเวลาชี้แจงสมมติฐานหมายความว่าก๊ก K-colorability และ Vertex ปกต้อง2Ω(n)เวลา


2
เพื่อความสมบูรณ์: log-CLIQUE = {(G,k)|G has n vertices, k=log⁡n and G has a clique of size k}
— MS Dousti

คำตอบ:


20

โดยวิธีการปัญหา Max Clique โดยทั่วไปสามารถแก้ไขได้ในเวลา2O~(N)โดยที่Nคือขนาดของอินพุต

นี่เป็นเรื่องไม่สำคัญถ้ากราฟถูกแสดงผ่านเมทริกซ์ adjacency เพราะN=|V|2และค้นหาแรงเดรัจฉานจะใช้เวลา2O(|V|) )

แต่เราสามารถได้รับขอบเขตเดียวกันแม้ว่ากราฟจะแสดงรายการ adjacency ผ่านอัลกอริทึมของเวลาทำงาน. เพื่อดูว่าเราจะได้2 ˜ O (√)2O~(|V|+|E|)- อัลกอริธึมเวลาสำหรับปัญหาการตัดสินใจแบบสมบูรณ์ NP ซึ่งเราได้รับกราฟG=(V,E)และkและเราต้องการทราบว่ามีกลุ่มขนาด≥kหรือไม่2O~(|V|+|E|)G=(V,E)k≥k

อัลกอริทึมก็เอาทุกจุดของการศึกษาระดับปริญญาและเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นที่ขอบบนพวกเขาแล้วไม่มันอีกครั้งและอื่น ๆ จนกว่าเราจะเหลือ subgraph จุดสุดยอดที่เกิดขึ้นในช่วงเซตV 'ของจุดแต่ละระดับ≥ k , หรือด้วยกราฟเปล่า ในกรณีหลังนี้เรารู้ว่าก๊กขนาดไม่มี≥ kสามารถอยู่ได้ ในกรณีที่อดีตเราจะค้นหาแรงเดรัจฉานทำงานในเวลาประมาณ| V ′ | เค . สังเกตว่า | E | ≥ k ⋅ | V ′ | / 2และk ≤<kV′≥k≥k|V′|k|E|≥k⋅|V′|/2เพื่อให้ | E | ≥ k 2 / 2และเพื่อให้การค้นหาแรงเดรัจฉานทำงานในเวลา | V ′ | kทำงานจริงในเวลา 2 O ( √k≤|V′||E|≥k2/2|V′|k.2O(|E|⋅log⁡|V|)


12
แน่นอนด้วยเหตุผลเหล่านี้ Impagliazzo Paturi และ Zane แย้งว่าเมื่อถามเกี่ยวกับความซับซ้อน vs 2 o ( n )ความซับซ้อนคุณต้องตั้งค่าnให้มีขนาดของพยาน (ซึ่งคุณต้องกำหนดเป็นส่วนหนึ่งของ ปัญหา). ในกรณีk -clique พยานมีขนาดสำหรับขนาดเล็กในขณะที่คุณพูดคุณสามารถสันนิษฐานได้ว่า wlog มีอย่างน้อยขอบและขนาดอินพุตมีขนาดใหญ่กว่าขนาดพยาน 2Ω(n)2o(n)nkkk| V|log⁡(|V|k)∼klog⁡|V|kk|V|
— Boaz Barak

22

เนื่องจากกราฟเชิงระนาบทุกจุดบนจุดยอดมี treewidthปัญหาทั้งหมดที่แก้ไขได้ในเวลาสำหรับกราฟของ treewidth ที่มากที่สุด ~ (มี ปัญหาดังกล่าวจำนวนมาก) มีอัลกอริธึมเวลาเอ็กซ์โพเนนเชียลบนกราฟระนาบโดยการคำนวณปัจจัยคงที่กับความน่าเชื่อถือในพหุนามในเวลา (เช่นการคำนวณความกว้างแบนด์วิธกับอัลกอริธึม Ratcatcher แบบฟอร์มสำหรับกราฟบนจุดยอด ตัวอย่างคือชุดอิสระระนาบและชุดครอบงำระนาบซึ่งเป็นหลักสูตรที่สมบูรณ์แบบของ NPO ( √nO∗(2 O ( k ) )kO∗(2 O ( √)O(n)O∗(2O(k))knO∗(2O(n))n


15

มีการเชื่อมต่ออย่างใกล้ชิดระหว่างการแก้ไขเวลา sub-exponential (SUBEPT) และการแก้ไขพารามิเตอร์ที่สามารถจัดการได้ง่าย (FPT) ลิงค์ระหว่างพวกเขามีอยู่ในกระดาษต่อไปนี้

ความผิดปกติระหว่างทฤษฎีความซับซ้อนแบบเอ็กซ์โปแนนเชียลและพารามิเตอร์แบบแปรปรวน Yijia Chen และ Martin Grohe, 2006

ในช่วงสั้น ๆ ที่พวกเขานำความคิดที่เรียกว่าการทำแผนที่ miniaturizationซึ่งแมปัญหาแปรเป็นปัญหาแปรอื่นคัปปา) โดยการดูปัญหาปกติเป็นปัญหาที่แปรตามขนาดอินพุตเรามีการเชื่อมต่อดังต่อไปนี้ (ดูทฤษฎีบท 16 ในกระดาษ)( Q , κ )(P,ν)(Q,κ)

ทฤษฎีบท อยู่ใน SUBEPT iffอยู่ใน FPT( Q , κ )(P,ν)(Q,κ)

ระวังคำจำกัดความที่นี่ โดยทั่วไปเราดูปัญหา -clique เป็นพารามิเตอร์ในดังนั้นจึงไม่มีอัลกอริธึมเวลาแบบเลขชี้กำลังสำหรับมันโดยสมมติว่าสมมติฐานเวลาเอ็กซ์โพเนนเชียล แต่ที่นี่เราปล่อยให้ปัญหาถูกทำให้เป็นตัวแปรโดยขนาดอินพุตดังนั้นปัญหาสามารถแก้ไขได้ในซึ่งเป็นอัลกอริธึมย่อยแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล . และทฤษฏีบอกเราว่าปัญหา -clique นั้นได้รับการแก้ไขพารามิเตอร์ให้อยู่ภายใต้การบิดตัวของพารามิเตอร์ซึ่งมีเหตุผลk O ( m + n ) 2 O ( √kkO(m+n)2O(mlog⁡m)kk

โดยทั่วไปปัญหาใน SUBEPT ภายใต้การลดลงของ SERF (ตระกูลการลดลงแบบเลขชี้กำลัง) สามารถเปลี่ยนเป็นปัญหาใน FPT ภายใต้การลดลงของ FPT (ทฤษฎีบทที่ 20 ในบทความ) ยิ่งกว่านั้นการเชื่อมต่อมีความแข็งแกร่งยิ่งขึ้นเนื่องจากให้ทฤษฎีบทมอร์ฟิซึ่มส์ระหว่างลำดับชั้นของปัญหาทั้งหมดในทฤษฎีความซับซ้อนของเวลาแบบเอกซ์โปเนนเชียลและทฤษฎีความซับซ้อนแบบพารามิเตอร์ (ทฤษฎีบทที่ 25 และ 47) แม้ว่ามอร์ฟิซึ่มจะไม่สมบูรณ์ (มีการเชื่อมโยงที่ขาดหายไปบางส่วน) แต่ก็ยังดีที่มีภาพที่ชัดเจนเกี่ยวกับปัญหาเหล่านี้และเราสามารถศึกษาอัลกอริธึมย่อยแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล

ดูการสำรวจโดยJörg Flum และ Martin Grohe พร้อมกับ Jacobo Toránบรรณาธิการของคอลัมน์ความซับซ้อนสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม


ใช่. btw, Flum และ Grohe เขียนแบบสอบถาม Toran เป็นบรรณาธิการคอลัมน์ความซับซ้อน
— Andy Drucker

@Andy: ขอบคุณสำหรับการแก้ไข ฉันจะแก้ไขบทความตาม
— เซียน - ชีห์ช้าง Chang 之

12

อีกตัวอย่างหนึ่งคือเกม Cop และ Robber ซึ่งเป็นเกม NP-hard แต่สามารถแก้ไขได้ในเวลาบนกราฟที่มีจุดยอด n BibTeX บันทึกบรรณานุกรมใน XML Fedor V. Fomin, Petr A. Golovach, Jan Kratochvíl, Nicolas Nisse, Karol Suchan: ติดตามโม่งที่รวดเร็วบนกราฟ theor คอมพิวเต วิทย์ 411 (7-9): 1167-1181 (2010)2o(n)


3
อ๊ะสิ่งนี้อาจน่าอับอาย แต่ฉันเชื่อมานานแล้วว่าปัญหาหนักไม่มีอัลกอริธึมแบบเลขชี้กำลังเชิงเลขเพียงเพราะการตั้งสมมติฐานเวลาแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล :(NP
— Hsien-Chih Chang 張顯之

6
ไม่มีความละอาย ... แต่วิธีง่าย ๆ วิธีหนึ่งในการดูสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงคือการใช้ภาษา -hard ใด ๆแล้วสร้าง 'padded' รุ่นที่' ใช่ ' กรณีที่อยู่ในรูปแบบกับสำหรับการแก้ไขบางk จากนั้นคือแต่มีอัลกอริธึมที่กำหนดไว้ล่วงหน้าซึ่งทำงานในเวลาเป็นหลักNPL∈NPTIME(nk)L′(x,1|x|c)x∈Lc>kL′NP2nk/c
— Andy Drucker

7

อัลกอริธึมการประมาณที่ดีที่สุดสำหรับ clique ให้ปัจจัยการประมาณที่ไม่ดีอย่างไม่น่าเชื่อ (จำได้ว่าปัจจัยการประมาณของนั้นไม่สำคัญ)n/polylog nn

มีความแข็งของผลประมาณภายใต้สมมติฐานความแข็งต่าง ๆ ที่ไม่ได้ค่อนข้างตรงนี้ แต่ยังคงให้ความแข็งของ(1)} โดยส่วนตัวแล้วฉันเชื่อว่าประมาณค่าสำหรับ clique นั้นดีเท่ากับอัลกอริธึมเวลาพหุนาม n / polylog  nn1−o(1)n/polylog n

แต่การประมาณสำหรับกลุ่มสามารถทำได้อย่างง่ายดายในเวลากึ่งพหุนามn/polylog n


ปัญหา NP-hard เป็นปัญหาที่มีการลดเวลาพหุนามจาก SAT แม้ว่า SAT ต้องการเวลาสิ่งนี้อาจแปลเป็นเวลาสำหรับปัญหาที่เราลดลง ถ้าหลังมีขนาดอินพุต N, มันอาจจะเป็นกรณีที่สำหรับค่าคงที่ขนาดเล็ก\ 2 Ω ( N ϵ ) N = n 1 / ϵ ϵ2Ω(n)2Ω(Nϵ)N=n1/ϵϵ

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.