Istnienie „matryc do barwienia”


9

Edycja: teraz jest pytanie uzupełniające związane z tym postem.


Definicje

Niech i będą liczbami całkowitymi. Używamy notacji .ck[i]={1,2,...,i}

macierzy mówi się -to- barwiących matrycy , jeśli zachodzi:c×cM=(mi,j)ck

  • mamy dla wszystkich ,mi,j∈[k]i,j∈[c]
  • dla wszystkich z i mamy .i,j,ℓ∈[c]i≠jj≠ℓmi,j≠mj,ℓ

Piszemy jeśli istnieje matryca barwiąca c - to - k .c⇝kck


Zauważ, że elementy ukośne nie mają znaczenia; Jesteśmy zainteresowani tylko w non-ukośnych elementów M .

Pomocna może być następująca perspektywa alternatywna. Niech R(M,ℓ)={mℓ,i:i≠ℓ} będzie zbiorem elementów nie przekątnych w rzędzie ℓ , i podobnie niech C(M,ℓ)={mi,ℓ:i≠ℓ} będzie zbiorem elementów niediagonalnych w kolumnie ℓ . Teraz M jest macierzą kolorów c -to- k iff

R(M,ℓ)⊆[k],C(M,ℓ)⊆[k],R(M,ℓ)∩C(M,ℓ)=∅
dla wszystkich ℓ∈[c] . Oznacza to, że wiersz ℓ i kolumna ℓ muszą składać się z odrębnych elementów (z wyjątkiem oczywiście na przekątnej).

Pomocna może być interpretacja jako specjalnego rodzaju funkcji skrótu od do .M[c]2[k]

Przykłady

Oto macierz kolorowania -do- :64

[−221113−311144−111322−324224−234343−].

Ogólnie wiadomo, że dla każdego mamyNa przykład i . Aby to zobaczyć, możemy użyć następującej konstrukcji (np. Naor i Stockmeyer 1995).n≥2

(2nn)⇝2n.
20⇝66⇝4

Niech i niech . Niech będzie bijectionem z do zbioru wszystkich podzbiorów , to znaczy i dla wszystkich . Dla każdego z wybierz dowolniec=(2nn)k=2nf[c]n[2n]f(i)⊆[2n]|f(i)|=nii,j∈[c]i≠j

mi,j∈f(i)∖f(j).

Zauważ, że . Łatwo jest zweryfikować, czy konstrukcja rzeczywiście jest matrycą koloryzującą; w szczególności mamy i .f(j)∖f(i)≠∅R(M,ℓ)=f(ℓ)C(M,ℓ)=[k]∖f(ℓ)

Pytanie

Czy powyższa konstrukcja jest optymalna? Innymi słowy, czy mamy dla dowolnego ?

(2nn)+1⇝2n
n≥2

Dobrze wiadomo, że powyższa konstrukcja jest asymptotycznie szczelna; koniecznie . Wynika to np. Z wyniku Linial (1992) lub z prostego zastosowania teorii Ramseya. Ale dla mnie nie jest jasne, czy konstrukcja jest również szczelna do stałych. Niektóre eksperymenty numeryczne sugerują, że powyższa konstrukcja może być optymalna.k=Ω(log⁡c)

Motywacja

Pytanie dotyczy istnienia szybko rozproszonych algorytmów kolorowania grafów. Załóżmy na przykład, że otrzymujemy ukierunkowane drzewo (wszystkie krawędzie są zorientowane w kierunku węzła głównego) i załóżmy, że otrzymujemy właściwe kolorowanie drzewa. Teraz istnieje rozproszony algorytm, który oblicza prawidłowe zabarwienie drzewa w synchronicznej rundzie komunikacyjnej wtedy i tylko wtedy, gdy .ck1c⇝k


W matematyce wyświetlacza w „alternatywnej perspektywie” [c] powinien brzmieć [k]. W następnym wierszu „dla wszystkich l \ in [k]” powinno brzmieć „dla wszystkich l \ in [c]”.
— Tsuyoshi Ito

Odpowiedzi:


9

Konstrukcja jest optymalna w tym sensie, że nie może utrzymać. Rzeczywiście, łatwo zauważyć, że c -to- K barwiących matrycy istnieje tylko wtedy, gdy istnieje c podzbiory 1 , ..., c z zestawu {1, ..., k }, że ma odrębne I i J zaspokoić I ⊆ j . (W kierunku „tylko jeśli” weź A i = R ( M , i ) dla matrycy barwiącej c - to - k(2nn)+1⇝nM . Dla kierunku „if” ustaw m ij ∈ A i ∖ A j .) Rodzina zbiorów, z których żaden nie zawiera innego, nazywa się rodziną Sperner , a twierdzenie Spernera, że ​​maksymalna liczba zbiorów w rodzinie Sperner na wszechświat wielkości k to . Oznacza to, że .(k⌊k/2⌋)c⇝k⟺c≤(k⌊k/2⌋)


1
No tak, myślałem, że to wygląda na to, że rzędy będą musiały uformować rodzinę Spernerów, ale nie wiedziałem, jak to udowodnić. Ale masz całkowitą rację: jeśli mamy , to , a zatem . To było łatwe, wielkie dzięki! R(M,i)⊆R(M,j)mi,j∈R(M,i)⊆R(M,j)C(M,j)∩R(M,j)≠∅
— Jukka Suomela

0

W przypadku nieco mocniejszej asymptotyki można udowodnić, że:

jeśli , toc⇝kc≤2k

Załóżmy, że występuje barwienie macierzy przy użyciu kolorów. Teraz pokoloruj każdy wiersz w macierzy według obecnego zestawu kolorów. To daje kolorowanie wierszy za pomocą podzbiorów . Różne rzędy muszą mieć różne kolory. W przeciwnym razie załóżmy, że dla rząd ma ten sam kolor co rząd . Oznacza to, że kolor jest obecny zarówno w wierszu iw kolumnie co jest sprzeczne z faktem, że zaczęliśmy od kolorowania. Wynika z tego, żec×ck[k]i<jij(i,j)jjc≤2k


Nie jestem pewien, czy według ciebie analiza jest bardziej ścisła niż, ale proszę zobaczyć moją odpowiedź w celu uzyskania dokładnego ograniczenia.
— Tsuyoshi Ito
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.