Qual é a complexidade desse problema gráfico?


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Dado um gráfico simples e não direcionado , encontre um subconjunto A de vértices, de modo queGA

  1. para qualquer vértice pelo menos metade dos vizinhos de x também estão em A , exAxA

  2. o tamanho de é mínimo.A

Ou seja, estamos procurando um cluster, no qual pelo menos metade da vizinhança de cada vértice interno permaneça interna. A mera existência de um cluster desse tipo é óbvia, pois todo o conjunto de vértices sempre possui a propriedade 1. Mas quão difícil é encontrar o menor (não vazio) cluster desse tipo?V(G)

Existe um nome padrão para esse problema? O que se sabe sobre sua complexidade?


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Parece uma variante do problema de Partição Satisfatória . Não sei se sua variante é conhecida e foi provada ser NPC; mas, provavelmente, uma redução de k-clique deve funcionar: ligação cada nó do gráfico original para k + 1 nodos de um C i "clique externo" de tamanho 2 ( k + 1 ) (cada nó tem a sua pequena associação externo). Então você pode encontrar um conjunto não trivial A de tamanho k se e somente se a kvik+1Ci2(k+1)Akk-clique existe no gráfico original (você deve escolher pelo menos um nó, mas deve evitar qualquer clique externo). Mas é apenas uma ideia; se tiver tempo suficiente, tentarei ver se a redução está correta.
Marzio De Biasi

@MarzioDeBiasi Obrigado, depois de algumas pesquisas, descobri que o Problema de Partição Satisfatória está realmente relacionado. No entanto, em todas as variantes que pude encontrar, elas procuram por uma partição, e não por um único conjunto. Não está claro como eles estão relacionados. Na sua redução, a menos que eu tenha entendido algo errado , uma -ique do gráfico original não satisfaz a definição, já que cada nó terá k - 1 vizinhos internos, mas pelo menos k + 1 vizinhos externos, devido à adição externa adicionada panelinhas. kk1k+1
Andras Farago

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Eu acho que este problema é conhecido como “aliança defensiva”
Daniello

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@daniello: ótimo, procurei na pesquisa IG Yero, JA Rodriguez-Velazquez, "Alianças defensivas em gráficos: uma pesquisa", 2013, mas não encontrei a palavra "metade"; quando tiver tempo suficiente, lerei com atenção; é provável que o problema do OP já seja conhecido!
Marzio De Biasi

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Parece ser formulado como "cada vértice tem pelo menos tantos vizinhos dentro como fora", que é o mesmo que na pergunta-se ao arredondamento, e, possivelmente incluindo / não incluindo o próprio vértice na contagem
Daniello

Respostas:


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Esta é uma redução do Clique para o seu problema.

Começamos com um exemplo de Click: um gráfico que e um número inteiro k , deixar V = { v 1 , v 2 , . . . , v n } .GkV={v1,v2,...,vn}

Clique permanece NPC mesmo sob a restrição de que (esboço de prova: se m a x ( d e g ( v i ) > 2 ( k - 1 ) em seguida, adicione um K t onde t = 2 ( k - 1 ) - m a xmax(deg(vi))2(k1)max(deg(vi)>2(k1)Kt e conecte-o a todos os nós de G e solicite um clique do tamanho k = k + t no novo gráfico).t=2(k1)max(deg(vi))Gk=k+t

Portanto, assumimos que em , m a x ( d e g ( v i ) ) 2 ( k - 1 ) . Para cada nó v i para o qual d e g ( v i ) < 2 ( k - 1 ) é criada uma "externo" clique C i de tamanho 2 ( k + 1 ) + 1 (cada nó de CGmax(deg(vi))2(k1)videg(vi)<2(k1)Ci2(k+1)+1 clique tem pelo menos 2 ( k + 1 ) vizinhos).Ci2(k+1)

Se é o grau de v i , conectamos v i a 2 ( k - 1 ) - d e g ( v i ) nós de C i .deg(vi)vivi2(k1)deg(vi)Ci

No resultante , cada v i possui grau 2 ( k - 1 ) ; so | Um | k porque pelo menos um vértice deve ser selecionado.Gvi2(k1)|A|k

É claro que, se um dos vértices de é incluído em uma , em seguida, pelo menos duas ( k + 1 ) / 2 = k + 1 nós também deve ser inserido na mesma. Note-se que, se um nó original tem d e g ( v i ) < k - 1 então pelo menos um nó do ligadas C i deve ser incluído, levando a | Um | > k .CiA2(k+1)/2=k+1deg(vi)<k1Ci|A|>k

Para que possamos construir um conjunto de tamanho mínimo | Um | = k se e somente se G contiver um clique do tamanho k .A|A|=kGk

Um exemplo da redução em que perguntamos se o gráfico representado pelos nós amarelos e arestas em negrito contém uma clique do tamanho k = 3 (um triângulo).Gk=3

variante de problema satisfatório 30CC0991E0BCCCD16E41CBD9CD3EEECC

Os nós azuis (agrupados para melhor legibilidade) são , as bordas vermelhas são os elos entre os nós de G com d e g ( v i ) < 2 ( k - 1 ) .K9Gdeg(vi)<2(k1)


@WillardZhan: como todo vértice de tem grau 2 ( k - 1 ) por construção, portanto, se A contém um vértice, ele deve conter pelo menos 2 ( k - 1 ) / 2 = k - 1 vizinhos (e o mesmo aplica-se a todos os vértices de A ), então | Um | k . O "tamanho mínimo" k pode ser alcançado apenas se A for um clique do tamanho k . G2(k1)A2(k1)/2=k1A|A|kkAk
Marzio De Biasi

@WillardZhan: Adicionei outra condição ao problema de camarilha inicial (mas ele deve permanecer como NPC) ... ainda estou verificando (não estou totalmente convencido de que está correto).
Marzio De Biasi

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Sim, agora funciona perfeitamente (embora deva ser na expressão de t ). Talvez eu deva excluir meus comentários? kt
Willard Zhan

@WillardZhan: Acho que está correto, porque nesse parágrafo estou me referindo à redução de Clique [instância ] para Clique + restrição m a x ( d e g ( v i ) ) 2 ( k - 1 ) [instância ( G , k ) ]. t é o número de nós (clique) a serem adicionados ao G para obter a nova instância do Clique que stastisfies a restrição. (G,k)max(deg(vi))2(k1)(G,k)t
Marzio De Biasi
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