Jaka jest złożoność tego problemu ścieżki?


12

Instancja: Niekierowany wykres sol z dwoma wyróżniającymi się wierzchołkami i liczbą całkowitą .stk2)

Pytanie: Czy istnieje ścieżka w , taka, że ​​ścieżka dotyka co najwyżej wierzchołków? (Ścieżka dotyka wierzchołka, jeśli wierzchołek znajduje się na ścieżce lub ma ścieżkę sąsiada).s-tsolk


1
To brzmi jak ograniczona minimalizacja podmodularna. Niestety nie jest jasne, czy zestaw ograniczeń dopuszcza skuteczne rozwiązanie.
Suresh Venkat

Moja odpowiedź był prawdopodobnie błędne! Po dokładniejszym sprawdzeniu heurystyka nie wydaje się monotonna. ZA
usul

1
Kontynuując komentarz Suresha, warto zapoznać się z artykułem „Przybliżalność problemów kombinatorycznych z wielomagodowymi funkcjami kosztów submodularnych”, który pokazuje, że najkrótsza ścieżka kosztów submodularnych jest trudna. Może istnieją pomysły, które pokazują twardość. computer.org/csdl/proceedings/focs/2009/3850/00/…
Chandra Chekuri

1
Problem ten można przeformułować jako znalezienie pod-grafu gąsienicy z co najwyżej wierzchołkami, który zawiera s i t na jego najdłuższej ścieżce. kst
Obinna Okechukwu

@Obinna pod-wykres gąsienicy musi być w pewnym sensie maksymalny, ponieważ musimy uwzględnić wszystkich sąsiadów najdłuższej ścieżki
SamM

Odpowiedzi:


14

Problem ten zbadano w:

Shiri Chechik, Matthew P. Johnson, Merav Parter, David Peleg: Utajone problemy z łącznością. ESA 2013: 301–312.

http://arxiv.org/pdf/1212.6176v1.pdf

Nazywali to problemem ustronnej ścieżki. Rzeczywiście jest to trudne dla NP, a wersja optymalizacyjna nie ma przybliżenia o stałym współczynniku.

Motywacja, którą zapewniają autorzy, to ustawienie, w którym informacje są przesyłane ścieżką, a tylko sąsiedzi i węzły na ścieżce mogą je zobaczyć. Celem jest zminimalizowanie ekspozycji.


10

Edycja: Proszę zobaczyć odpowiedź użytkownika 20655 poniżej, aby znaleźć odniesienie do artykułu już wykazującego twardość tego problemu. Zostawię swój oryginalny post na wypadek, gdyby ktoś chciał zobaczyć ten alternatywny dowód.

===============

Rozważmy przykład MIN-SAT, który jest trudnym problemem NP , składającym się ze zmiennych i klauzule C = { c 1 , c 2 , c 3 , } . Zmniejszymy to do twojego problemu ze ścieżką.X={x1,x2),xn}do={do1,do2),do3),}

Musimy dwóch wierzchołków dla każdego (po jednej dla formy zanegowanym i jeden dla unnegated) i jeden dla każdego wierzchołka C i . Ponadto, pozwalając m = 2 n + | C | , będziemy mieli m wierzchołków p 1 , p 2 , , p m do wypełnienia.xjadojam=2)n+|do|mp1,p2),,pm

Ogólnie rzecz biorąc, będzie skonstruować krzywą gdzie rozwiązanie optymalne będzie budować ścieżkę z na T używając x i y i Ż x i y w węzłach pośrednich. Koszt tej drodze będzie dokładnie c j e, że ścieżka wybraliśmy zadowoli gdybyśmy przekształcić go zadania. W p I s są po prostu tam, aby zapobiec rozwiązanie optymalne z bycia w stanie oszukać przez krótkie cięcia przez którekolwiek z c j s.stxjaxja¯dojotpjadojot

Połącz klauzuli c j , w którym X i pojawia się i ¯ x I klauzuli c j , w którym ¯ x i pojawi. Aby wymusić zadanie zmiennych wykonujemy diament drabiny jak struktura, w którym X I i Ż X i są połączone ze sobą z x i + 1 i Ż x i + 1 . s jest podłączony zarówno do x 1, jak i ¯xjadojotxjaxja¯dojotxja¯xjaxja¯xja+1xja+1¯sx1 itsą połączone zarówno zxn, jaki ¯ x n . Na koniec, każdycijest połączona do wszystkich zmiennych wypełniającepj. Nie mam pod ręką mojego oprogramowania do rysowania wykresów, więc oto (wyjątkowo) narysowany schemat tej konstrukcji:x1¯txnxn¯dojapjot

Konstrukcja twardego instancji

(Uwaga: chmura tutaj tylko duży zbiór wierzchołków, a grubość każdej z krawędzi c j do tej chmury oznacza C j są połączone ze sobą wierzchołkiem w zestawie).{P.ja}dojotdojot

Twierdzenie jest takie, że w optymalnym rozwiązaniu problemu ścieżki dotykającej min, liczba wierzchołków, które dotkną ścieżki to , gdzie Q jest optymalnym rozwiązaniem instancji MIN-SAT. To dlatego, żeQ+2)n+2)Q

  1. Ścieżka musi zaczynać się od kończyć o t , a najlepszym sposobem na to bez zbierania wszystkich wierzchołków wypełnienia jest ciągłe przechodzenie od y i{ x i , ¯ x i } do y i + 1{ x i + 1 , ¯ x i + 1 } bez zbierania zarówno x i jak i ¯ x i dla dowolnego i 1 , , nstyja{xja,xja¯}yja+1{xja+1,xja+1¯}xjaxja¯ja1,,n(jest to intuicyjne, ponieważ usunięcie jednej z dwóch opcji z dowolnej wybranej dwukrotnie zmiennej daje prawidłową ścieżkę o koszcie nie większym niż koszt, który mieliśmy w sobie).
  2. Istnieje rozwiązanie kosztu co najwyżej które idzie s , x 1 , x 2 , , x n , t , zbierając nic poza s , t , { x i } , { ¯ x i } i { c i } . Ponieważ każda ścieżka s - t, która zawiera dowolne wypełnienie, musi zawierać co najmniej s , t , trochę cm+2)s,x1,x2),,xn,tst{xja}{xja¯}{doja} s-tst , niektóre x i i x j , i wszystkie { p } , ma kosztm + 5 , więc jest nieoptymalny. Zatem optymalne rozwiązanie nie dotyka żadnego z wierzchołków dopełniania, więc ścieżka musi przebiegać zgodnie z opisem w części (1).dojaxjaxjot{p}m+5
  3. Wywołaj przypisania zmiennych odpowiadające wierzchołkom, przez które przechodzi ścieżka (innym niż i t ), wywołane przypisanie ścieżki. Wierzchołek C j styka IFF indukowanego przypisania ścieżki odpowiadałoby klauzuli c j . Odwrotnie, przypisania zmienne, które spełnia Q klauzule może być przekształcona w ścieżce, która dotyka dokładnie P o c J s patrząc na ścieżkę, która powoduje że zadania.stdojotdojotQQdojot
  4. Każdy i Ż x i dotyka tej ścieżki, jak również obie s i t . Łącznie stanowią one 2 n + 2 w całkowitym koszcie. Reszta pochodzi z dotkniętych c i kosztem Q w optymalnym rozwiązaniu.xjaxja¯st2)n+2)dojaQ

Możemy więc sprawdzić, czy instancja MIN-SAT ma rozwiązanie kosztu jeśli tworzony przez nas wykres ma koszt k + 2 n + 2 w przypadku problemu z twoją ścieżką. W szczególności możemy to zrobić poprzez zmniejszenie Karp. Tak więc, jak stwierdzono, trudny jest NP.kk+2)n+2)

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.