Apakah masalah himpunan dominan terbatas pada grafik bipartit planar dengan NP-degree maksimum 3?


18

Apakah ada yang tahu tentang hasil kelengkapan NP untuk masalah SET DOMINASI dalam grafik, terbatas pada kelas grafik bipartit planar dengan derajat 3 maksimum?

Saya tahu ini adalah NP-lengkap untuk kelas grafik planar tingkat maksimum 3 (lihat buku Garey dan Johnson), serta untuk grafik bipartit tingkat maksimum 3 (lihat M. Chlebík dan J. Chlebíková, "Kekerasan perkiraan mendominasi masalah himpunan dalam grafik derajat terbatas "), tetapi tidak dapat menemukan kombinasi keduanya dalam literatur.


3
Lain kali silakan tautkan ke posting asli jika Anda crosspost. mathoverflow.net/questions/43720/… . Lihat juga entri FAQ kami tentang crossposting .
— Tsuyoshi Ito

3
(1) Apakah ada yang diketahui jika Anda menambah 3 ke beberapa konstanta lainnya? (2) Apakah ada yang diketahui tentang kasus khusus di mana "tingkat maksimum 3" selanjutnya dibatasi menjadi "3-reguler"? (Apakah diketahui berada di P? Apakah diketahui setara dengan kasus tingkat maksimum 3?) (3) Karena penasaran, apakah ada aplikasi ini, atau apakah Anda tertarik hanya dengan sendirinya? (Untuk berjaga-jaga, saya tidak mengatakan bahwa masalah tanpa aplikasi itu buruk. Saya memintanya karena jika Anda memiliki beberapa aplikasi, itu dapat membuat pertanyaan lebih menarik.)
— Tsuyoshi Ito

(1) Tidak sepengetahuan saya (2) Tidak. Tetapi saya berharap itu juga sulit (3) Satu-satunya aplikasi bagi saya adalah untuk mendapatkan NP-hardness dari beberapa masalah lain dalam kelas grafik
— Florent Foucaud

Jawaban:


24

Bagaimana jika Anda cukup melakukan hal berikut: Diberikan grafik , buat grafik lain G ′ = ( V ∪ U , E ′ ) dengan membagi setiap tepi G dalam 4 bagian; di sini U adalah himpunan node baru yang kami perkenalkan, dan | U | = 3 | E | .G=(V,E)G′=(V∪U,E′)GU|U|=3|E|

Grafik adalah bipartit. Apalagi jika G adalah planar dan memiliki maks. derajat 3, maka G ′ juga planar dan memiliki maks. derajat 3.G′GG′

Biarkan menjadi set (minimum) yang mendominasi untuk G ′ . Pertimbangkan tepi ( x , y ) ∈ E yang dibagi lagi untuk membentuk jalur ( x , a , b , c , y ) dalam G ′ . Sekarang jelas setidaknya satu dari a , b , c ada di D ′ . Selain itu, jika kita memiliki lebih dari satu dari a , b , c dalam D ′ , kita dapat memodifikasiD′G′(x,y)∈E(x,a,b,c,y)G′a,b,cD′a,b,cD′ sehingga ia tetap merupakan perangkat dominan yang valid dan ukurannya tidak bertambah. Sebagai contoh, jika kita memiliki sebuah ∈ D ' dan c ∈ D ' , kita bisa sama-sama baik menghapus c dari D ' dan menambahkan y ke D ' . Oleh karena itu wlog kita memiliki | D ′ ∩ U | = | E | .D′a∈D′c∈D′cD′yD′|D′∩U|=|E|

Kemudian mempertimbangkan . Asumsikan x ∈ V dan x ∉ D ′ . Maka kita harus memiliki simpul a ∈ D ′ sedemikian rupa sehingga ( x , a ) ∈ E ′ . Karenanya ada tepi ( x , y ) ∈ E sedemikian sehingga kita memiliki jalur ( x , a , b , c , y ) dalam G ′D=D′∩Vx∈Vx∉D′a∈D′(x,a)∈E′(x,y)∈E(x,a,b,c,y)G′. Karena dan a ∈ D ′ , kita memiliki b , c ∉ D ′ , dan untuk mendominasi c kita harus memiliki y ∈ D ′ . Oleh karena itu di G simpul y adalah tetangga dari x dengan y ∈ D . Artinya, D adalah satu set mendominasi untuk G .a,b,c∈Ua∈D′b,c∉D′cy∈D′Gyxy∈DDG

Sebaliknya, pertimbangkan (minimum) mendominasi set untuk G . Membangun satu set mendominasi D ' untuk G ' sehingga | D ′ | = | D | + | E | sebagai berikut: Untuk tepi ( x , y ) ∈ E yang dibagi lagi untuk membentuk jalur ( x , a , b , c , y ) di G ′ , kami menambahkan a keDGD′G′|D′|=|D|+|E|(x,y)∈E(x,a,b,c,y)G′a jika x ∉ D dan y ∈ D ; kita menambahkan c ke D ′ jika x ∈ D dan y ∉ D ; dan kalau tidak kita tambahkan b ke D ′ . Sekarang dapat diperiksa bahwa D ′ adalah set yang mendominasi untuk G ′ : Dengan konstruksi, semua node di U didominasi. Sekarang, biarkan x ∈ V ∖ D ′ . Lalu ada y ∈ V sedemikian rupaD′x∉Dy∈DcD′x∈Dy∉DbD′D′G′Ux∈V∖D′y∈V , dan karenanya sepanjang jalan ( x , a , b , c , y ) kita memiliki sebuah ∈ D ' , yang mendominasi x .(x,y)∈E(x,a,b,c,y)a∈D′x

Singkatnya, jika memiliki sekumpulan ukuran k yang mendominasi , maka G ′ memiliki sekumpulan ukuran yang mendominasi paling banyak k + | E | , dan jika G ′ memiliki set ukuran k + | yang mendominasi E | , maka G memiliki sekumpulan ukuran yang paling banyak mendominasi k .GkG′k+|E|G′k+|E|Gk

Sunting: Menambahkan ilustrasi. Atas: grafik asli ; tengah: grafik G ′ dengan himpunan mendominasi "dinormalisasi"; bawah: grafik G ′ dengan himpunan dominan yang berubah-ubah.GG′G′

Sebuah contoh


1
Jawaban bagus.
— Mohammad Al-Turkistany

Terima kasih, yang dengan baik menjawab pertanyaan saya (bahkan tanpa gambar-gambar yang bagus;)) Adakah yang mengetahui melalui referensi di mana beberapa masalah grafik NP-hard (klasik) lainnya (mis. Vertex Cover atau masalah dominasi lainnya) dipelajari dalam grafik planar bipartit derajat terbatas? Saya pikir itu harus menarik.
— Florent Foucaud

2
Jika menjawab pertanyaan, mungkin Anda harus mempertimbangkan untuk menerima jawabannya ... :) Mengenai masalah lain, vertex cover mudah dalam grafik bipartit apa pun . Tapi saya kira set mendominasi tepi mungkin menjadi masalah alami untuk belajar dalam pengaturan ini?
— Jukka Suomela

Ok terima kasih telah mengingatkan saya teorema König dan untuk memeriksa kotak centang hijau;)
— Florent Foucaud

Jawaban solid Jukka!
— Gabriel Fair
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.