Rilassamento LP di set indipendente


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Ho provato il seguente rilassamento LP del massimo set indipendente

maxixi

s.t. xi+xj1 (i,j)E
xi0

Ottengo per ogni variabile per ogni grafico cubico non bipartito che ho provato.1/2

  1. È vero per tutti i grafici cubici non bipartiti collegati?
  2. Esiste il rilassamento LP che funziona meglio per tali grafici?

Aggiornamento 03/05 :

Ecco il risultato del rilassamento LP basato sulla cricca suggerito da Nathan

Ho riassunto gli esperimenti qui È interessante notare che sembrano esserci alcuni grafici non bipartiti per i quali il rilassamento LP più semplice è integrale.


La soluzione non è certamente unica. In un grafico bipartito cubico, puoi avere una soluzione ottimale con x i = 1 in una parte e x i = 0 nell'altra parte. xi=1/2xi=1xi=0
Jukka Suomela,

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Scusa, ho perso parte importante, considero solo grafici cubici non bipartiti. Ogni grafico cubico bipartito che ho provato aveva una soluzione integrale
Yaroslav Bulatov,

È inoltre necessario aggiungere "connesso" se si desidera evitare soluzioni non uniche.
Jukka Suomela,

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(1) Hai dimenticato di scrivere i vincoli di non negatività. (2) Per i grafici bipartiti, il valore ottimale di questo rilassamento LP è sempre uguale alla dimensione massima di un set indipendente. Questo è un corollario immediato del teorema di König .
Tsuyoshi Ito,

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@Yaroslav: una domanda a margine: come si disegnano questi grafici?
Tim

Risposte:


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Non bipartito collegato grafo cubico hanno la soluzione ottimale unica ; in un grafico cubico bipartito hai una soluzione ottimale integrale.xi=1/2


Prova: in un grafico cubico, se si sommano tutti i vincoli 3n/2 , si hai 3 x i3 n / 2 , e quindi l'ottimale è al massimo n / 2 .xi+xj1i3xi3n/2n/2

La soluzione per tutti i è banalmente fattibile, e quindi anche ottimale.xi=1/2i

In un grafico cubico bipartito, ogni parte ha la metà dei nodi e quindi anche la soluzione in una parte è ottimale.xi=1

Qualsiasi soluzione ottimale deve essere stretta, cioè dobbiamo avere e quindi xi3xi=3n/2 per ogni fronte { i , j } . Quindi se avete un ciclo dispari, è necessario scegliere x I = 1 / 2 per ogni nodo del ciclo. E quindi se il grafico è collegato, questa scelta viene propagata ovunque.xi+xj=1{i,j}xi=1/2


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Come ho scritto in un commento sulla domanda, hai solo bisogno del bipartitismo per dimostrare l'esistenza di una soluzione ottimale integrale (ma ciò richiede una prova diversa dalla tua).
Tsuyoshi Ito,

@Tsuyoshi: Sì, il teorema di König è buono da tenere a mente. Ad esempio, insieme all'osservazione di cui sopra, mostrerà che qualsiasi grafico cubico bipartito ha una fattorizzazione 1 (cioè può essere partizionato in tre abbinamenti perfetti). Naturalmente questo è il modo "sbagliato" di dimostrare questo risultato, ma penso che dimostri bene il potere del teorema di König - se ricordi solo il teorema di König, ci sono molti risultati classici nella teoria dei grafi che puoi quindi reinventare facilmente .
Jukka Suomela,

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Questo LP è semi-integrale per tutti i grafici, ovvero esiste una soluzione ottimale in modo tale che ogni variabile sia in {0,1 / 2,1}. Segue semplicemente da un teorema di Nemhauser e Trotter. Naturalmente, la stessa conclusione della semi-integralità segue per l'LP del problema del complemento (copertina del vertice). Quando il grafico è bipartito la soluzione è integrale. Ne consegue semplicemente dal teorema del minimo taglio max-flow o dal lavorare con soluzioni a punti estremi di questo LP. Inoltre, i 1/2 bordi formano un ciclo dispari.

Naturalmente, questo LP non è buono per risolvere il problema IS. L'aggiunta di vincoli Clique o SDP è un approccio molto migliore.

Imballaggi di vertici: proprietà strutturali e algoritmi GL Nemhauser e Trotter-Math. Programma., 1975


Bene, vedi anche Teorema 5.6 di questo documento per un algoritmo molto semplice che trova in modo efficiente una soluzione semi-integrale.
Jukka Suomela,

LP con vincoli Clique ha risolto circa il 50% in più di grafici dal set sopra .... dove posso trovare la formulazione SDP?
Yaroslav Bulatov,


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C'è un altro modo per ottenere una "versione rilassata del set indipendente massimo". Invece di avere come vincoli "per ogni fronte, la somma è al massimo 1", i vincoli sono "per ogni sottografo completo, il bordo è al massimo 1". Il che significa: per ogni bordo, per ogni triangolo, per ciascunoK4

Questo è chiamato il numero di serie indipendente frazionario. Qui troverai alcune informazioni: http://en.wikipedia.org/wiki/Fractional_coloring o nel libro "Teoria dei grafici frazionari" di Daniel Ullman ed Edward Scheinerman ( http://www.ams.jhu.edu/~ers / fgt / ).

In pratica, questa formulazione è NP-difficile da calcolare, anche se tutte le variabili sono continue -> il numero di cricche è esponenziale e difficile da calcolare .... Ma sei libero di elencare solo alcune cricche speciali, ad esempio solo i bordi (che hai appena fatto), o bordi + triangoli, o tutte le cricche fino a Kk

Nathann

(*) detto questo, teoricamente hai una differenza arbitrariamente grande tra il risultato ottimale nel LP in cui sono rappresentate tutte le cricche e il set indipendente ottimale


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k(k+1)xi=1/ki

interessante, questo sembra essere correlato alla facilità di IndependentSet nei grafici cordali
Yaroslav Bulatov,

Ho fatto alcuni esperimenti e la soluzione di questo rilassamento dell'LP è stata sempre parte integrante dei grafici cordali
Yaroslav Bulatov

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@YaroslavBulatov C'è una ragione per la tua osservazione. Le disuguaglianze della cricca e i limiti di non negatività forniscono lo scafo convesso di insiemi indipendenti se e solo se il grafico è perfetto. I grafici cordali sono perfetti.
Austin Buchanan,
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