Seberapa mahal untuk menghancurkan semua jalur panjang dalam DAG?


14

Kami menganggap DAGs (diarahkan grafik asiklik) dengan satu node sumber s dan satu sasaran simpul t ; tepi paralel yang bergabung dengan pasangan simpul yang sama diizinkan. Sebuah k - cut adalah satu set tepi yang removal menghancurkan semua s - t jalur lama dari k ; jalur s - lebih pendek tserta jalur "dalam" yang panjang (jalur yang tidak berada di antara s dan t ) dapat bertahan!

Pertanyaan: Apakah cukup untuk menghapus paling banyak sekitar 1/k bagian tepi dari DAG untuk menghancurkan semua jalur s - t lebih lama dari k ?

Yaitu, jika e(G) menunjukkan jumlah total tepi dalam G , apakah setiap DAG G memiliki k -cut dengan paling banyak tentang e(G)/k edge? Dua contoh:

  1. Jika semua jalur s - t memiliki panjang >k , maka potongan k dengan tepi ≤e(G)/k ada. Ini berlaku karena dengan demikian harus ada k disjoint k -cuts: hanya lapisan node G sesuai dengan jaraknya dari node sumber s .
  2. Jika G=Tn adalah turnamen transitif (DAG lengkap), maka juga k potong dengan ada tepi: perbaiki urutan topologi node, pisahkan node menjadi interval panjang berturut-turut , dan hapus semua tepi yang bergabung dengan node dengan interval yang sama; ini akan menghancurkan semua jalur - lebih lama dari . ≤k(n/k2)≈e(G)/kn / k s t kkn/kstk

Catatan 1: Upaya naif untuk memberikan jawaban positif (yang juga saya coba pertama kali) adalah mencoba menunjukkan bahwa setiap DAG harus memiliki tentang k disjoint k -cuts. Sayangnya, Contoh 2 menunjukkan bahwa upaya ini bisa gagal: melalui argumen yang bagus, David Eppstein telah menunjukkan bahwa, untuk k tentang n , grafikTntidak dapat memiliki lebih dari empatk-potong terputus ! k

Catatan 2: Adalah penting bahwa k -cut hanya perlu menghancurkan semua panjang s - t jalan, dan belum tentu semua jalur panjang. Yaitu, ada 1 DAGs di mana setiap "murni" k potong (menghindari insiden tepi ke s atau t ) harus mengandung hampir semua tepi. Jadi, pertanyaan saya sebenarnya adalah: dapatkah kemungkinan untuk menghapus juga kejadian tepi dengan atau secara substansial mengurangi ukuran -cut? Kemungkinan besar, jawabannya negatif, tetapi saya belum menemukan contoh tandingan. t kstk

Motivasi: Pertanyaan saya termotivasi dengan membuktikan batas bawah untuk jaringan switching-and-rectifier monoton. Jaringan semacam itu hanyalah DAG, sebagian ujung-ujungnya diberi label oleh tes "is ?" (tidak ada tes ). The ukuran jaringan adalah jumlah sisi berlabel. Vektor input diterima, jika adax i = 0xi=1xi=0s - semua tesnya konsisten dengan vektor ini. Markov telah membuktikan bahwa, jika fungsi boolean monoton f tidak memiliki minterm yang lebih pendek dari l dan tidak ada maxterm yang lebih pendek dari w , maka ukuran l ⋅ wtflwl⋅wdiperlukan. Jawaban positif untuk pertanyaan saya akan menyiratkan bahwa jaringan ukuran sekitar diperlukan, jika setidaknya w k variabel harus diatur ke 0 untuk menghancurkan semua minterm lebih lama dari k .k⋅wkwk0k


1 Konstruksi diberikan dalam makalah ini. Ambil pohon biner dari log kedalaman n . Hapus semua tepi. Untuk setiap simpul dalam v , menggambar tepi untuk v dari setiap daun dari subtree kiri T v , dan tepi dari v ke setiap daun dari subtree kanan T v . Dengan demikian, setiap dua daun T dihubungkan oleh jalur panjang 2 di DAG. DAG itu sendiri memiliki ∼ n node dan ∼ n log n edge, tetapi Ω ( nTlog⁡nvvTvvTvT2∼n∼nlog⁡n tepi harus dihilangkan untuk menghancurkan semua jalur yang lebih panjang dari √Ω(nlog⁡n) .n


Aliran dan potongan yang terikat panjang terkait erat dengan pertanyaan yang Anda ajukan. Saya sarankan melihat tesis Baier. ftp.math.tu-berlin.de/pub/Preprints/combi/…
— Chandra Chekuri

@Chandra Chekuri: terima kasih atas tautannya yang menarik. Tesis ini lebih lanjut tentang teorema Menger yang ditimbang untuk jalur pendek / kekurangan. Mengenai Menger untuk jalur yang panjang , saya menemukan makalah ini : ukuran minimal k-cut paling banyak sekitar k kali jumlah maksimum jalur jalan terputus-putus panjang. Tapi ini juga sepertinya tidak membantu.
— Stasys

Maaf, saya salah paham pertanyaannya. Terima kasih untuk referensi lainnya.
— Chandra Chekuri

Jawaban:


8

[Jawab sendiri; ini adalah versi singkat, yang lama dapat ditemukan di sini ]

Kami menyadari dengan Georg Schnitger bahwa jawaban untuk pertanyaan saya sangat negatif : ada DAG (bahkan dengan derajat konstan), di mana setiap potongan harus memiliki fraksi yang konstan dari semua sisi, bukan hanya fraksi sekitar 1 / k , seperti pada pertanyaan saya. (Hasil yang sedikit lebih lemah bahwa fraksi 1 / log k mungkin diperlukan dapat diperoleh dengan menggunakan konstruksi yang lebih sederhana yang disebutkan dalam catatan kaki di atas. Tulisan cepat ada di sini ) k1/k1/log⁡k

Yaitu, dalam makalah "Pada pengurangan kedalaman dan gerbang" , Georg membuat urutan grafik asiklik terarah dari derajat maksimum konstan d pada n = m 2 m node dengan properti berikut:Hndn=m2m

  • Untuk setiap konstan ada konstan c > 0 sehingga, jika ada bagian dari paling c n node dihapus dari H n , grafik yang tersisa mengandung jalur panjang setidaknya 2 ε m . 0≤ϵ<1c>0cnHn2ϵm

Ambil sekarang dua simpul baru dan t , dan gambarlah tepi dari s ke setiap simpul H n , dan satu tepi dari setiap simpul H n ke t . Grafik yang dihasilkan G n masih memiliki paling banyak 2 n + d n = O ( n ) edge.stsHnHntGn2n+dn=O(n)

Untuk setiap konstan , ada konstan c ' > 0 sehingga, jika ada bagian dari paling c ' n tepi dihapus dari G n , grafik tersisa berisi s - t jalan dengan 2 ε m atau lebih banyak tepi. 0≤ϵ<1c′>0c′nGnst2ϵm

Bukti: Panggil simpul simpul dalam G n . Hapus subset paling banyak dari c ′ n edge dari G n , di mana c ′ = c / 2 . Setelah itu, lepaskan simpul bagian dalam jika itu insiden ke tepi yang dihapus. Perhatikan bahwa paling 2 c ' n = c n node dalam kemudian dihapus. Tak satu pun dari insiden tepi ke node yang selamat telah dihapus. Secara khusus, setiap simpul dalam yang selamat masih terhubung ke kedua simpul s dan tHn Gnc′nGnc′=c/22c′n=cnst. Dengan properti di atas dari , harus tetap ada jalan dengan panjang 2 ϵ m yang seluruhnya terdiri dari simpul-simpul dalam yang selamat. Karena titik akhir dari masing-masing jalur ini bertahan, masing-masing dapat diperpanjang ke jalur s - t di G n . QEDHn2ϵmstGn

Konsekuensinya menyedihkan: tidak ada analog apapun dari lemma Markov untuk fungsi dengan banyak minterm pendek , meskipun set minterm panjang memiliki beberapa struktur "rumit": tidak ada batas bawah super-linier pada ukuran jaringan yang kemudian dapat dibuktikan menggunakan argumen "panjang kali lebar" ini.

PS Argumen "panjang kali lebar" ini (ketika semua jalur - t cukup panjang) sebelumnya digunakan oleh Moore dan Shannon (1956). Satu-satunya perbedaan adalah bahwa mereka tidak diizinkan memperbaiki (tepi berlabel). Jadi, ini sebenarnya adalah "argumen Moore-Shannon-Markov".st

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.