Ограничена ли проблема доминирующего множества плоскими двудольными графами максимальной степени 3 NP-полной?


18

Кто-нибудь знает о результате NP-полноты для задачи DOMINATING SET в графах, ограниченной классом плоских двудольных графов максимальной степени 3?

Я знаю, что он NP-полон для класса плоских графов максимальной степени 3 (см. Книгу Гарея и Джонсона), а также для двудольных графов максимальной степени 3 (см. М. Хлебик и Й. Хлебикова, "Приближение твердости доминирующее множество задач в ограниченных графах степени "), но не смог найти комбинацию двух в литературе.


3
В следующий раз, пожалуйста, ссылку на оригинальный пост, если вы кросспост. mathoverflow.net/questions/43720/… . Смотрите также наш раздел часто задаваемых вопросов о кросспостинге .
— Цуёси Ито

3
(1) Известно ли что-нибудь, если вы увеличите 3 до некоторой другой константы? (2) Известно ли что-нибудь об особом случае, когда «максимальная степень 3» далее ограничена «3-регулярной»? (Известно ли, что оно находится в P? Является ли оно эквивалентным случаю максимальной степени 3?) (3) Из любопытства, есть ли какое-либо применение этого, или вы интересуетесь им исключительно сами по себе? (На всякий случай, я не говорю, что проблема без приложения - это плохо. Я спрашиваю об этом, потому что, если у вас есть какое-то приложение, это может сделать вопрос более интересным.)
— Tsuyoshi Ito

(1) Насколько мне известно (2) Нет. Но я ожидаю, что это будет также и сложно (3) Единственное применение для меня - это получить NP-твердость некоторых других проблем в этом же, действительно ограниченном, классе Графики
— Флоран Фуко

Ответы:


24

Что если вы просто сделаете следующее: для графа создайте другой граф , разделив каждое ребро на 4 части; здесь - множество новых узлов, которые мы ввели, и,G ′ = ( V ∪ U , E ′ ) G U | U | = 3 | E |G=(V,E)грамм'знак равно(В∪U,Е')граммU|U|знак равно3|Е|

Граф двудольный. Более того, если плоская и имеет макс. степень 3, то также плоская и имеет макс. 3 степень G G ′грамм'граммграмм'

Пусть (минимальное) доминирующее множество для . Рассмотрим ребро которое было подразделено для образования пути в . Теперь ясно, что хотя бы один из находится в . Более того, если у нас есть более одного из в , мы можем изменить так, чтобы он оставался допустимым доминирующим множеством и его размер не увеличивался. Например, если у нас и , мы можем одинаково хорошо удалить из и добавить кG ′ ( x , y ) ∈ E ( x , a , b , c , y ) G ′ a , b , cD'грамм'(Икс,Y)∈Е(Икс,a,б,с,Y)грамм'a,б,с a , b , c D ′ D ′ a ∈ D ′ c ∈ D ′ c D ' у D ' | D ′ ∩ U | знак равноD'a,б,сD'D'a∈D'с∈D'сD'YD', Следовательно, wlog,|D′∩U|=|E|

Тогда рассмотрим . Предположим, что и . Тогда у нас должен быть узел такой, что . Следовательно, есть ребро такое, что у нас есть путь в . Поскольку и , мы имеем , и чтобы доминировать мы должны иметь . Следовательно , в узел является соседом с . То естьx ∈ V x ∉ D ′ a ∈ D ′ ( x , a ) ∈ E ′ ( x , y ) ∈ E ( x , a , b , c , y ) G ′ a , b , c ∈ U a ∈ D ′ b , c ∉ DD=D′∩Vx∈Vx∉D′a∈D′(x,a)∈E′(x,y)∈E(x,a,b,c,y)G′a,b,c∈Ua∈D′ c y ∈ D ′b,c∉D′cy∈D′y x y ∈ D DGyxy∈DDявляется доминирующим множеством для .G

С другой стороны , рассмотрим (минимум) доминирующее множество для . Построить доминирующее множество для так, чтобыследующим образом: Для ребра который был подразделен для формирования пути в , мы добавляем к если и ; мы добавляем к если и y ∉ D ; а в противном случае мы добавляем b к D ′G D ′ G ′ | D ′ | = | D | + | E | ( x , y ) ∈ E ( x , a , b , c , y ) G ′ a D ′ x ∉ D y ∈ D c D ′ x ∈ DDGD′G′|D′|=|D|+|E|(x,y)∈E(x,a,b,c,y)G′aD′x∉Dy∈DcD′x∈Dy∉DbD′, Теперь можно проверить, что является доминирующим множеством для G ′ : по построению все узлы в U являются доминирующими. Пусть теперь x ∈ V ∖ D ′ . Тогда существует y ∈ V такой, что ( x , y ) ∈ E , и, следовательно, вдоль пути мы имеем , который доминирует над .D′G′Ux∈V∖D′y∈V(x,y)∈E(x,a,b,c,y)a∈D′x

Таким образом, если имеет доминирующий набор размера , то имеет доминирующий набор размера не болееИ если G ' имеет доминирующее множество размера к + | E | тогда G имеет доминирующий набор размеров не более k .GkG′k+|E|G′k+|E|Gk

Редактировать: Добавлена ​​иллюстрация. Вверху: исходный граф ; средний: граф G ' с «нормированным» доминирующим множеством; Дно: граф G ' с произвольным набором доминирующей.GG′G′

Пример


1
Хороший ответ.
— Мухаммед Аль-Туркистани

Спасибо, это приятно отвечает на мой вопрос (даже без красивых картинок;)) Кто-нибудь знает хотя бы ссылку, где некоторые другие (классические) NP-сложные задачи графа (например, покрытие вершины или другие задачи доминирования) изучаются в двудольных плоских графах ограниченной степени? Я думаю, что это должно быть интересно.
— Флоран Фуко

2
Если он отвечает на вопрос, возможно, вам следует рассмотреть вопрос о принятии ответа ... :) Что касается других проблем, покрытие вершин легко в любом двудольном графе . Но я думаю, что наборы с доминирующим краем могут быть естественной проблемой для изучения в этой среде?
— Юкка Суомела

Хорошо, спасибо, что напомнили мне теорему Кенига и отметили зеленый флажок;)
— Флоран Фуко

Твердый ответ Юкка!
— Габриэль Ярмарка
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.