グラフ彩色問題のNP完全性


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代替処方

私は以下の問題に対する別の定式化を思いつきました。代替の定式化は、実際には以下の問題の特殊なケースであり、2部グラフを使用して問題を説明します。しかし、私は代替処方はまだNP難しいと私は信じています。代替の定式化では、問題の定義を単純化する着信ノードと発信ノードの互いに素なセットを使用します。

与えられた送信およびN受信ノード(それぞれ、図中の赤色および青色のノード)、及びセットW I jの大きさのN × Nの発信と着信頂点間の辺の重みの。この問題の目標は、図の太いエッジに色を付けて、すべての入力ノードに対して条件が成立するようにすることです。nnwijn×n

問題の二部グラフ

セットの出力頂点、セット { I i{Oi|i=1n}入力頂点の、 N × Nの重み wは、I 、J0との間の O I 'sおよび I 、Jのための I J = 1 ... nは、正の定数を β、色の最小数を見つけます。エッジに対する E I I(上図中の太いエッジ)そのようなすべてのそれ J = 1 ... N{Ii|i=1n}n×nwij0OiIji,j=1nβeiij=1n

wjj1+c(i)=c(j),ijwijβ

ここで、はエッジe i iの色を示します。c(i)eii


古い処方

次の問題は私にはNP困難に見えますが、それを示すことができませんでした。硬さや使いやすさを示す証拠/コメントは高く評価されます。

仮定と完全加重有向グラフであり、NノードとN N - 1 エッジ。ましょうwはI 、J0は、エッジの重みを示し、I 、J及びC I 、J を示してエッジの色のi jは。エッジのサブセット所与T Eを正の定数βようそれぞれについて、その色の最小番号を見つける:目標でありますKn=V,Enn(n1)wij0ijc(ij)ijTEβeijT

そして cijcik

wij1+c(kl)=c(ij),klijwkjβ.
c(ij)c(ik)forjk

上記の問題では、のエッジのみに色を付ける必要があることに注意してください。これは、O| T |で解決できる問題ですTO(|T|!)

更新:

伊藤剛さんのコメントの後、問題を更新しました。分母は、以下から変更された1 + ΣのC K 、L = C I 、J KをL i j w k j1+c(kj)=c(ij),ki,ekjTwkj1+c(kl)=c(ij),klijwkj。したがって、分母には以外の重みも含まれます。だからこそ、私は完全なグラフを定義で述べた。T

追加の制約c i j c i k も追加しました。つまり、ノードからの出力エッジは異なる色でなければなりません(ただし、不等式が成り立つ限り、入力色は同じにすることができます)。これにより、色の数に直観的な下限が設定されます。これは、 Tのノードの最大の次数です。c(ij)c(ik)forjkT

wijTβ

アップデート2:

eijeji


@Raphael:通常、エッジのカラーリングの問題は削減の良い候補のようです。削減のための最も単純なnp-hard問題を見つけることは、最も難しい部分です。次のステップは、マッピングに適切な重みを見つけることです。エッジのカラーリングの問題が上記の問題に削減された場合、重みは0/1のようになるか、重みを見つけるために不等式のシステムを解く必要があります。
ヘリウム2012年

問題の定式化に関するいくつかのコメント:(1)入力は何ですか?入力はすべてのエッジ、T、およびβのw_ijであると思いますが、そうである場合、w_ijとc(ij)を同じように与えられているかのように定義しないでください。(2)あなたが書いたものを理解しているように、Tの外側のエッジは参照されません。したがって、完全な有向グラフを考慮するよりも、Tのエッジで構成される有向グラフを定義する方が簡単です。
伊藤剛

@TsuyoshiIto:コメントをありがとう、質問を更新しました。
ヘリウム

1
ちなみに、問題は私にはかなり厄介に見えます。この問題にどのように到達したか(つまり、この問題に関心がある理由)を説明すると、他の人が問題を理解するのに役立つ場合があります。
伊東剛

1
T

回答:


3

nnniwii=1ijijwij=wji=1wij=wji=0β=1

CRRCRC

ijCRijwjj1+c(i)=c(j),ijwij11+XXCRCRCRRCC 色の数が少ない解を与えます。


0

c(ij)=c(ji)T0

G=(V,E)D=(V,A)uvE(u,v)(v,u)AaAwa=1xyE(x,y)(y,x)Awxy=wyx=0β1T=A

0

kNP

NP


c(ij)= c(ji)をどのように強制しますか?私が正しく理解していれば、これは問題の問題に必ずしも当てはまりません。
伊藤剛

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ルークマシソン
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