Złożoność ścieżek zliczania na wykresie


12

Biorąc pod uwagę ukierunkowany wykres z n węzłami, tak że każdy wierzchołek ma dokładnie dwie krawędzie wychodzące, a liczbę naturalną N zakodowaną dwójkowo, dwa wierzchołki s i t,

Chcę policzyć liczbę (niekoniecznie prostych) ścieżek od s do t w obrębie N kroków.

Czy to trudny problem # P? Lub ogólnie, jaka jest złożoność tego problemu?


6
Próbowałeś zasilania matrycy?
— Yuval Filmus

1
tak, ale o ile widzę, złożoność nie jest jeszcze znana.
— maomao

Czy spacer musi się kończyć o t, czy po prostu odwiedzić t w którymś momencie?
— Tyson Williams,

musi kończyć się na t.
— maomao,

1
@Geekster Dla pełnego digrafu na 3 wierzchołkach z , liczba to N-ta liczba Fibonacciego, której wielkość jest wykładnicza w N, tak jak David argumentował w odpowiedzi na dowolny wykres. s≠t
— Tyson Williams,

Odpowiedzi:


13

Wyjściowa liczba ścieżek może wynosić (wybierz dowolnie, a następnie wybierz jako wierzchołek, który jest punktem końcowym największej liczby spacerów od ), co wymagaΩ(2N/n)st2NsΩ(N)bity do wyraźnego spisania; jest to wykładniczy rozmiar wejściowy. Z drugiej strony, podejście do zasilania macierzy ma wielomian złożoności w sumie wielkości wejściowych i wyjściowych. Wydaje się więc, że umieszcza to dokładnie w klasie problemów z liczeniem, które mają wyjściowy rozmiar wykładniczy i mogą być rozwiązane deterministycznie w wielomianu czasowym w wielkości wyjściowej, niezależnie od zapisu dla tej klasy (jest to pewien rodzaj liczenia analogiczny dla EXP i zdecydowanie nie #EXP, który jest bardziej analogiczny do NEXP).


1
dzięki, ale nadal chcę wiedzieć, czy ten problem jest . ♯P
— maomao,

1
Aby uniknąć dużych liczb w iterowanym podejściu do kwadratu Davida, możemy wykonać wszystkie obliczenia modulo liczbą pierwszą p. Następnie cały algorytm działa w funkcji wielomianu czasowego w . Jeśli problem byłby trudny do uzyskania w przypadku P w przypadku wielomianowych skąpych redukcji w trybie wielomianowym, algorytm oznaczałby P = P, w co nie wierzymy. n+log⁡N+log⁡pp=2⊕
— Holger

@Holger nie miałby podobnego argumentu dla Stałego? tzn. jeśli Permanent to # P-hard, to Perm mod 2 będzie P hard. Ale Perm mod 2 = Det mod 2, który jest w P.⊕
— SamiD

@SamiD: Dokładnie, twój argument pokazuje, że permanent nie jest prawdopodobnie # P-twardy przy skąpych redukcjach. Znane dowody wykorzystują redukcje Turinga.
— Holger,

@Holger Zgadzam się. Przepraszam, że tęskniłem za skąpym, niejednokrotnie częścią. Tak więc problem z zasilaniem matrycy może być # P-trudny w warunkach redukcji Turinga.
— SamiD,

4

Znalezienie gdzie jest macierzą przyległości danego wykresu, sprowadza się do problemu zdefiniowanego najpierw w [ABKPM], który ma ustaloną dolną granicę w tym samym artykule. Jednak to, czy redukcja w odwrotnym kierunku jest zachowana, tj. Od do problemu zasilania macierzy, jest otwarte AFAIK.AN[s,t]ABitSLP#PBitSLP

Zauważ, że znajduje się dokładnie w hierarchii zliczania . Najbardziej znana górna granica tego problemu, a mianowicie. jest stąd .C H ⊆ P S P A C E P H P P P P P P PBitSLPCH⊆PSPACEPHPPPPPP


1

Problem jest # P-ukończony. Spójrz na problem zliczania najkrótszych ścieżek na wykresie (ND31 w Garey & Johnson), który jest # P-zupełny dla wersji zliczającej. Przeczytaj uważnie komentarz. To daje odpowiedź na odcinkach o długości . Aby uzyskać odpowiedź na ścieżki o długości , wywołaj problem najkrótszych ścieżek dla i , a następnie odejmij ten drugi od pierwszego, tzn. Wykonaj odejmowanie redukcji.= N ≤ N ≤ N - 1≤N=N≤N≤N−1

Ponieważ redukcja z #HAMILTONIAN PATHS / CIRCUITS do #SHORTEST PATHS działa również dla wykresów 3-regularnych, wynik # P-zupełności będzie działał również w przypadku ograniczenia digrafów z out- .≤2


2
Pierwotny problem nie wymaga prostej ścieżki, więc nie sądzę, aby odpowiedź była poprawna.
— maomao,

3
Jak może być # P-complete, gdy wszystkie problemy #P mają liczbę rozwiązań wykładniczych pod względem wielkości wejściowej, a ten jest podwójnie wykładniczy?
— David Eppstein,

Co oznacza „ND31” w kontekście książki Gareya i Johsona?
— Tyson Williams,
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.