Problema di taglio privo di H.


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Supponiamo che ti venga fornito un grafico H. semplice, connesso e non orientato.

Il problema del taglio senza H è definito come segue:

Dato un grafico semplice e non orientato G, esiste un taglio (divisione dei vertici in due insiemi non vuoti, L, R) tale che i grafici indotti dagli insiemi di tagli (L e R) non contengano entrambi un sottografo isomorfo in H .

Ad esempio, quando H è il grafico con due vertici collegati da un singolo bordo, il problema è lo stesso di determinare se un grafico è bipartito ed è in P.

Nel caso in cui H sia un triangolo, questo è come la versione del vertice del problema Triangolo monocromatico .

Penso di essere stato in grado di dimostrare che quando H è 2-connesso con almeno tre vertici, il problema del taglio libero da H è NP-Complete.

Non sono stato in grado di trovare riferimenti a questo problema (e quindi a qualsiasi risultato).

Possiamo abbandonare la condizione di 2-connessione e dimostrare ancora NP-completezza?

Qualcuno è a conoscenza di risultati noti che implichino quanto sopra o un risultato più forte (o pensi che potrebbe essere rilevante)?


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"Penso di essere stato in grado di dimostrare che quando H è 2-connesso con almeno tre vertici, il problema del taglio libero da H è NP-Complete." Questo significa che per ogni H a due connessioni con tre o più vertici, il taglio senza H è NP-completo? E allo stesso modo, se abbandoniamo la connessione 2, vogliamo dimostrare che per ogni H con tre o più vertici, il taglio privo di H è NP-completo?
Evgenij Thorstensen,

@Evgenij: Sì, per ogni tale H, è NP-Complete. Quindi è una classe di problemi NP-Complete. Sì anche all'altra domanda.
Aryabhata,

Risposte:


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Potresti cercare il termine "bipartizione" o "partizione vertice" o "colorazione" anziché "taglio". Varie generalizzazioni del numero cromatico lungo le linee che accenni sono state prese in considerazione dalla metà degli anni '80 (o forse prima). Ci sono alcuni primi riferimenti difficili da trovare nelle conferenze combinatorie canadesi, ma potresti voler dare un'occhiata a Cowen, Goddard e Jesurum (JGT o SODA 1997) e relativi riferimenti / citazioni.

Modificato il 15/02/2011

Come sottolineato da Aravind e Moron (nei commenti sotto), i seguenti riferimenti mostrano che il problema del taglio free è NP-difficile tranne che nei casi banali.H

D. Achlioptas. La complessità di colorabilità-free. Matematica discreta. 165/166 (1997) 21-30. [pdf] .sol

A. Farrugia. Il partizionamento dei vertici in proprietà ereditarie indotte da additivi fissi è NP-difficile. Electron. J. Combin. 11 (2004) # R46 (9 pagine).


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@Moron: In realtà, una risposta alla domanda sulla partizione H-free è molto più pertinente della mia risposta! cstheory.stackexchange.com/questions/884/h-free-partition/…
RJK

Ho osservato quello e sembrava riguardare le classi di grafici che includono i sottografi ecc. Questo problema riguarda la mancanza di un grafico specifico.
Aryabhata,

@Moron: il documento di Farrugia include casi in cui ogni parte è indotta da additivi, vale a dire chiusa in unione disgiunta e cancellazione del vertice. H-freeness è una proprietà indotta dall'additivo.
RJK,

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Hai ragione. Stavo solo andando in astratto. In effetti, a quanto pare la carta users.soe.ucsc.edu/~optas/papers/G-free-complex.pdf è rilevante anche per la domanda posta! Ti dispiace se modifico la tua risposta per aggiungere quei collegamenti?
Aryabhata,

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L'altro documento pdf è qui: www.combinatorics.org/Volume_11/PDF/v11i1r46.pdf
Aryabhata

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Mi rendo conto che questo potrebbe non rispondere direttamente alla tua domanda (sui riferimenti), ma vorrei delineare un possibile approccio per mostrare la durezza NP senza la condizione 2-connessa. Ci sono due cose che mancano: una è una prova della durezza NP del "problema alla fonte", per così dire, e l'altra è che sto riducendo a una versione "colorata" di H-cut che può o potrebbe non essere utile. Per quanto riguarda il primo collo di bottiglia, credo di avere una prova nella mia mente che sono pigro per la formalizzazione, quindi spero di poterci aggirare presto. Ho pensato di ridurre la versione colorata a quella che presenti, tuttavia, con poca fortuna finora. Sono anche molto curioso della tua prova nel caso in cui H sia 2-connesso, potresti fornire qualche dettaglio?

Quindi la versione colorata è la seguente: ogni vertice nel grafico è dotato di un elenco di colori da una tavolozza P (un insieme fisso e finito). Ci viene richiesto di trovare un taglio in modo che nessuna partizione induca una copia monocromatica di H, ovvero non esiste un sottoinsieme di | H | vertici che inducono una copia di H e l'elenco di colori corrispondente ha un'intersezione non vuota.

Ecco una riduzione da una variante limitata di d-SAT, dove d è | H |. (Notare che ovviamente non funzionerebbe quando d = 2).

La variante limitata di d-SAT è la seguente:

  1. Ogni clausola ha solo letterali positivi o solo negativi, lasciatemi fare riferimento a clausole come rispettivamente P-clausole e N-clausole,

  2. Ogni clausola P può essere accoppiata con una clausola N in modo tale che le due clausole comportino lo stesso insieme di variabili.

(Ho qualche idea del perché questa versione apparentemente limitata potrebbe essere difficile - una restrizione strettamente correlata è difficile, e posso immaginare una riduzione da lì, anche se potrei facilmente sbagliarmi!)

Dato questo problema, la riduzione forse suggerisce se stessa. Il grafico ha un vertice per ogni variabile della formula. Per ogni clausola C_i, indurre una copia di H sull'insieme di variabili che partecipano alla clausola e aggiungere il colore i a questo insieme di vertici. Questo completa la costruzione.

Ogni incarico corrisponde naturalmente a un taglio:

L = set di tutte le variabili impostate su 0, R = set di tutte le variabili impostate su 1.

L'affermazione è che un incarico soddisfacente corrisponde ad un taglio monocromatico privo di H.

In altre parole, (L, R), se dato da un incarico soddisfacente, sarebbe tale che né L né R inducano una copia monocromatica di H. Se L ha una copia del genere, si noti che la clausola P corrispondente deve aver avuto tutte le sue variabili sono impostate su 0, il che contraddice il fatto che l'assegnazione è stata soddisfacente. Al contrario, se R ha una copia del genere, la clausola N corrispondente deve avere tutte le sue variabili impostate su 1, di nuovo in contraddizione.

Al contrario, considera qualsiasi taglio e imposta le variabili su un lato su 1 e sull'altro su 0 (nota che non importa in che modo lo fai - dato il tipo di formula con cui stiamo lavorando, un compito ed è capovolto la versione è equivalente per quanto riguarda la soddisfacibilità). Se una clausola non è soddisfatta da questo incarico, allora possiamo rintracciarla in una copia monocromatica di H su uno dei lati, in contraddizione con il carattere monocromatico-H del taglio.

Il motivo per cui bisogna indulgere nella colorazione è perché le copie di H possono interferire per creare copie spurie di H che non corrispondono alle clausole, in un tentativo di riduzione diretta. In effetti, fallisce - malamente - anche quando H è qualcosa di semplice come un percorso.

Non ho avuto fortuna nel liberarmi dei colori e non sono sicuro di aver reso il problema ancora più semplice. Tuttavia, spero che, se corretto, potrebbe essere un inizio.


Grazie per la risposta. Per quanto riguarda la prova che ho avuto, ho iniziato con non tutti i 3 sat che sono stati trasformati in un'espressione con una certa struttura e quindi ho costruito alcuni gadget complicati (per descrivere e disegnare) sfruttando quella struttura. Se avessi tempo, potrei scrivere e mettere il foglio da qualche parte (e pubblicare un link).
Aryabhata,

Ah ok. Ho provato a iniziare con non-one-in-3-sat, ma senza molta fortuna (non so perché mi aspettassi che funzionasse). Mi piacerebbe guardare i dettagli se / quando li hai, sembra un buon lavoro! Intendo continuare per questo ancora, FWIW.
Neeldhara,

Era la versione monotona di nae-3sat. Grazie per l'incoraggiamento! Sono contento di vederlo che ha suscitato il tuo interesse :-)
Aryabhata,

RJK mi ha indicato una risposta che si collega a un documento che ha questo riferimento: users.soe.ucsc.edu/~optas/papers/G-free-complex.pdf
Aryabhata
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