Relaksasi LP set independen


13

Saya sudah mencoba relaksasi LP berikut set independen maksimum

max∑ixi

s.t. xi+xj≤1 ∀(i,j)∈E
xi≥0

Saya mendapatkan 1/2 untuk setiap variabel untuk setiap graf non-bipartit kubik aku mencoba.

  1. Apakah benar untuk semua grafik non-bipartit kubik yang terhubung?
  2. Apakah ada relaksasi LP yang bekerja lebih baik untuk grafik seperti itu?

Pembaruan 03/05 :

Inilah hasil relaksasi LP berbasis klik yang disarankan oleh Nathan

Saya telah meringkas eksperimen di sini. Menariknya, tampaknya ada beberapa grafik non-bipartit yang relaksasi LP paling sederhana adalah integral.


Solusinya tentu tidak unik. Dalam grafik bipartit kubik, Anda dapat memiliki solusi optimal dengan x i = 1 di satu bagian dan x i = 0 di bagian lain. xi=1/2xi=1xi=0
— Jukka Suomela

1
Maaf, saya melewatkan bagian penting, saya menganggap grafik kubik non-bipartit saja. Setiap grafik kubik bipartit yang saya coba memiliki solusi integral
— Yaroslav Bulatov

Anda juga perlu menambahkan "terhubung" jika Anda ingin menghindari solusi yang tidak unik.
— Jukka Suomela

2
(1) Anda lupa menulis batasan nonnegativitas. (2) Untuk grafik bipartit, nilai optimal dari relaksasi LP ini selalu sama dengan ukuran maksimum dari set independen. Ini adalah akibat langsung dari teorema König .
— Tsuyoshi Ito

2
@Yaroslav: Pertanyaan sampingan: bagaimana Anda menggambar grafik ini?
— Tim

Jawaban:


16

Non-bipartit terhubung grafik kubik memiliki solusi optimal yang unik ; dalam grafik kubik bipartit Anda memiliki solusi optimal yang tidak terpisahkan.xi=1/2


Bukti: Dalam grafik kubik, jika Anda menjumlahkan semua kendala x i + x j ≤ 1 , Anda memiliki ∑ i 3 x i ≤ 3 n / 2 , dan karenanya yang optimal paling banyak adalah n / 2 .3n/2xi+xj≤1∑i3xi≤3n/2n/2

Solusinya untuk semua i adalah sepele layak, dan karenanya juga optimal.xi=1/2i

Dalam grafik kubik bipartit, setiap bagian memiliki setengah dari node, dan solusi dalam satu bagian karenanya juga optimal.xi=1

Setiap solusi yang optimal harus ketat, yaitu, kita harus memiliki dan karenanya x i + x j = 1 untuk setiap tepi { i , j } . Jadi jika Anda memiliki siklus yang aneh, Anda harus memilih x i = 1 / 2 untuk setiap node dalam siklus. Dan kemudian jika grafik terhubung, pilihan ini disebarkan ke mana-mana.∑i3xi=3n/2xi+xj=1{i,j}xi=1/2


2
Seperti yang saya tulis dalam komentar pada pertanyaan, Anda hanya perlu bipartiteness untuk membuktikan keberadaan solusi optimal yang tidak terpisahkan (tetapi ini membutuhkan bukti yang berbeda dari Anda).
— Tsuyoshi Ito

@ Tsuyoshi: Ya, teorema König baik untuk diingat. Sebagai contoh, bersama dengan pengamatan di atas, itu akan menunjukkan bahwa setiap grafik kubik bipartit memiliki 1-factorisation (yaitu, dapat dipartisi dalam tiga pencocokan sempurna). Tentu saja ini adalah cara "salah" untuk membuktikan hasil ini, tetapi saya pikir ini dengan baik menunjukkan kekuatan teorema König - jika Anda hanya ingat teorema König, ada banyak hasil klasik dalam teori grafik yang kemudian dapat Anda temukan kembali dengan mudah .
— Jukka Suomela

12

LP ini setengah-integral untuk semua grafik, yaitu ada solusi optimal sehingga setiap variabel dalam {0,1 / 2,1}. Ini hanya mengikuti dari teorema Nemhauser dan Trotter. Tentu saja kesimpulan yang sama dari setengah-integralitas mengikuti untuk LP dari masalah komplemen (vertex cover). Ketika grafik adalah bipartit, solusinya integral. Ini mengikuti hanya dari teorema min-cut max-flow atau bekerja dengan solusi titik ekstrim dari LP ini. Juga, 1/2 tepi membentuk siklus aneh.

Tentu saja, LP ini tidak baik untuk menyelesaikan masalah IS. Menambahkan kendala Klik atau SDP adalah pendekatan yang jauh lebih baik.

Paket Vertex: sifat struktural dan algoritma GL Nemhauser dan Trotter-Math. Program., 1975


Benar, lihat juga Teorema 5.6 dari makalah ini untuk algoritma yang sangat sederhana yang efisien menemukan solusi setengah-integral.
— Jukka Suomela

LP dengan kendala Clique memecahkan sekitar 50% lebih banyak grafik dari set di atas .... di mana saya dapat menemukan formulasi SDP?
— Yaroslav Bulatov


6

K4

Ini disebut nomor himpunan bebas fraksional. Anda akan menemukan beberapa informasi di sana: http://en.wikipedia.org/wiki/Fractional_coloring atau dalam buku "Teori grafik pecahan" dari Daniel Ullman dan Edward Scheinerman ( http://www.ams.jhu.edu/~ers / fgt / ).

Kk . Bagaimanapun, nilai hanya bisa menjadi "lebih representatif" dari nilai integer nyata (*) :-)

Nathann

(*) ini dikatakan, Anda secara teoritis memiliki perbedaan besar sewenang-wenang antara hasil optimal dalam LP di mana semua klik diwakili dan set independen optimal


1
k(k+1)xi=1/ki

menarik, ini tampaknya terkait dengan kemudahan IndependentSet dalam grafik chordal
— Yaroslav Bulatov

Saya melakukan beberapa percobaan, dan solusi dari relaksasi LP ini selalu integral dalam grafik chordal
— Yaroslav Bulatov

1
@YaroslavBulatov Ada alasan untuk pengamatan Anda. Ketimpangan klik dan batas nonnegativitas menyediakan cembung set independen jika dan hanya jika grafik sempurna. Grafik chordal sempurna.
— Austin Buchanan
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.