Natural CLIQUEからk色への削減


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どちらもNP完全であるため、CLIQUEからk-Colorに明らかに減少しています。実際、CLISATから3-SATへの縮約と3-SATからk-Colorへの縮約を組み合わせて、1つを構成できます。私が疑問に思っているのは、これらの問題の間に合理的な直接的な減少があるかどうかです。SATのような中間言語を記述する必要なしに、友人にかなり簡単に説明できる削減。

私が探しているものの例として、逆方向の直接的な削減があります:nnといくつかの(色の数)でGを与え、頂点(頂点ごとの色ごとに1つ)でグラフG 'を作成します。および(または)の場合にのみ頂点および色それぞれ対応する頂点、は隣接します。で-cliqueに頂点ごとに1つの頂点を有する、及び対応する色が適切であるの-coloringKのkK N knV ' vU 'u、V U v,ucはD c,dV U vuC D cdV U G vuGN nG 'G G GK kGG。同様に、適切なカラーリングには、対応するクリークがあります。k kG GG G

編集:簡単な動機付けを追加するために、Karpの元の21個の問題は、CLIQUEとChromatic Numberが主要なサブツリーのルートを形成する縮小ツリーによってNP完全であることが証明されています。CLIQUEサブツリーとChromatic Numberサブツリーの問題の間には、いくつかの自然な減少がありますが、それらの多くは、私が尋ねているものと同じくらい見つけるのが難しいです。このツリーの構造が他の問題の根本的な構造を示しているか、それとも完全に最初に見つかった削減の結果であるかどうかをドリルダウンしようとしています。同じ複雑さのクラスにあることが知られています。確かに順序はある程度の影響があり、ツリーの一部は再配置できますが、任意に再配置できますか?

編集2:私は直接削減を探し続けていますが、ここでは私が手に入れた最も近いもののスケッチです(有効な削減であるはずですが、CIRCUIT SATは明確な仲介者です。これがより良いかどうかは多少主観的です最初の段落で言及したように、2つの削減を構成します)。

与えられた場合、がk-クリークを持っている場合、はすべての色がTrueで、頂点で色にできることを知っています。Gの元の頂点にv_1、\ ldots、v_nという名前を付け、\ overline Gに追加の頂点を追加します。C_{ij}1 \ le i \ le n0 \ le j \ le kを追加します。重要な不変条件は、頂点\ {v_1、\ ldots、v_i \}の中に少なくともj個の頂点がTrueに着色されている場合にのみ、C_ {ij}をTrueに着色できることです。したがって、各C_ {i0}はTrueになります。その後、G K G,k¯ GG¯¯¯¯ N - K + 1 nk+1、K kG G、K kG G V 1... V N v1,,vn¯ GG¯¯¯¯ C I JCij 1 I nは1in0 J K 0jkC 、I 、JCij { V 1... V I } {v1,,vi}jはjC i 0Ci0 C i jCijj > 0j>0色取得C(i1)jC(i1)(j1)viC(i1)jC(i1)(j1)viすべての非真色が偽として扱われます。C_ {nk}をTrueに着色できる場合、Gにkkクリークがあります。したがって、元のグラフにkクリークがあった場合、その着色を強制すると、新しいグラフは着色可能になります。GGCnkCnkkk

関係を強制するANDおよびORガジェットは、CIRCUIT SATから3-COLORへの縮小によく似ていますが、ここではグラフにK_ {n-k + 1}を含め、Knk+1Knk+1頂点T、F、およびGroundを選択してから、他のすべてをviviのすべてに接続します。これにより、CijCijと他のガジェットが3色のみを受け取るようになります。

とにかく、この削減の部分は直接的に感じますが、AND / ORゲートの使用はそれほど直接的ではありません。問題は残っていますが、よりエレガントな削減がありますか?¯GG¯¯¯¯

編集3:この削減を見つけるのが難しい理由についていくつかのコメントがありました。CLIQUEとk-Colorは確かにまったく異なる問題です。ただし、削減しなくても、一方の方向では削減が難しく、もう一方の方向では削減が可能な理由を詳しく説明する回答は非常に役立ち、問題に大きく貢献します。


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クリークとカラーリングは1クリークはnカラーリングと同じくらい簡単に見つけることができるという意味で反対なので、探しているダイレクトリダクションの種類は見つけるのが難しいかもしれません。そのため、おそらく削減の形式でなければなりません:あり場合にのみ-coloring持っている -cliqueGGnknkGGkk
マーティンVatshelle

難しいことに同意します。これが私の興味の理由です。質問の動機について詳しく説明します。アイデアを-coloringがいる私に最も近い頂いております。クリークがある場合、は独立したセットであるため、クリーク単色のすべての頂点を持つことができます。問題は、残りの色数が変化する可能性があることです。2つの頂点をリンクすると、それらは同じ色になりますが、どの頂点のセットを強制するのかわかりません。個の頂点のうち一部の個を単色にするガジェットがそれを行います。N - K K G ¯ G K N - K - 1 I JnkkGG¯¯¯¯Knk1ij
ウィリアムマクレー

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私はここでマーティンに同意します。これは(3SATなどを経由せずに)実行できないことさえあります。クリークとカラーリングの共通点はほとんどありません。したがって、自然gとkが与えられると、エルデの定理を思い出したいと思います。少なくともgの周囲長と少なくともkの色数を持つグラフがあります(慣れていない場合はしばらく考えてください)。最後に、縮約は、クリーク(および独立セット)がソリューションセットによってパラメーター化されたW [ 1 ]にある間、グラフの色数に対する同等のパラメーター化がないことに注意する必要があります。W[1]
PAL GD

@MartinVatshelleのコメントがわかりません。私が知る限り、すべての1クリーク、1カラーリング、nクリーク、およびnカラーリングは同じレベルでは些細なことです。(1クリークに常にYESと答えられるとは思わないでください。入力グラフは空かもしれません!)
Yixin Cao

Martinのポイントは、χ G = 4χ G = 3を示しているが、K 3よりもK 4を見つけるのは難しいと思う。そのため、2つの概念には少し二重性があります。Erdősの定理に関する@PålGDのポイントは素晴らしいものです(そして、その定理は大好きです)。大きな胴回りのグラフは大きな独立数を持ち、その逆数は大きなクリークを持つからです。全体的には、ここにトラップがあるように感じます。これは、クリークとカラーリングを同じまたは類似のグラフに関連付けることですが、逆方向の場合と同様に、リダクションはGとは非常に異なるグラフを構築する可能性がありますχ(G)=4χ(G)=3K4K3G
ウィリアムマクレー

回答:


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グラフGと数kが与えられ、Gkクリークが含まれているかどうかを知りたい場合、nをGの頂点の数とします。次のように、Gkクリークがある場合にのみHn色になるような別のグラフHを作成します。GkGkGHHnGk

各頂点について(1)VGは、作るn個の頂点の-clique V I HIがの範囲1NをvGn(v,i)Hi1n

(2)追加の頂点xHに追加します。xH

(3)Hの頂点の各トリプル{ x y z } ここでy = v i およびz = u j ))について、次の条件のいずれかが成り立つかどうかをテストします:u vおよびi = J、又はU及びVに隣接しない頂点であるG最大値I J K{x,y,z}Hy=(v,i)z=(u,j)uvi=juvGmax(i,j)k。これらの2つのいずれかが当てはまる場合、別のnクリークをHに追加します。このクリーク内で、3つの頂点x 'y '、およびz 'を選択します。y z を除くクリークのすべての頂点にxを接続します。yx およびz を除くクリークのすべての頂点に接続します。そして、x y を除くクリークのすべての頂点にzを接続します。nHxyzxyzyxzzxy

手順(3)で追加されたガジェットは、頂点xy、およびzのトリプルがすべてHの有効な色付けで互いに同じ色を与えられるのを防ぎます。でクリークGはの着色から回収することができるH頂点の集合としてV I と同じ色のクラスであり、Xおよび持っiはkはxyzHGH(v,i)x


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これは素晴らしい。
ウィリアムマクレー

何らかの理由で私の編集は拒否されましたが、最後の文はHではなくGの頂点を説明する必要があります(Gのクリークを説明することを目的としているため)。"におけるクリークのようなものGは、のようにHの発色から回収することができる{ V I k個のχ V I = χ X } "また、私は答えのために感謝を言うことを忘れて、とても助かりました!
ウィリアムマクレー

確かに、各ペアからiを取り除くことについてその文に別の句を入れることができますが、はステップが簡単に省略できると思ったので、私の一般的な感覚は(それが十分に短く保つことができるとき)散文が傾向があるということです数式より読みやすい。
デビッドエップシュタイン

散文がより望ましいことに同意します。「各(v、i)...の最初の座標」のようなフレーズを追加するだけのアイデアかもしれません。専門性についての私の懸念の理由は、最初の読書の削減時に、第1言語と第2言語の要素の正確な定義を正確に維持することが困難になる可能性があるためです。何かが定義を破るように見えると、それがループに私を投げる可能性があります。前の文を理解するのが困難で最後の文に到達した場合、GとHには(v、i)の形式の頂点があると判断します。
ウィリアムマクレー

また、私はあなたが私が読んだ他のほとんどすべてのものよりも、この削減を通じて話すことではるかに良い仕事をしたと思います。文献には、多くの削減が動機や直感なしに正式に述べられているという問題があり、あなたはそれを非常にうまく回避しました。
ウィリアムマクレー

-7

?カラーリングとクリークの発見は、SAT(1971年のCookの証明後に一般的になった)を介さずに、グラフ理論(おそらく60年代でも)によって数十年にわたって密接に結びついていることが知られています。次の基本的な特性に基づいたアルゴリズムがあると信じています

Gにサイズkのクリークが含まれている場合、そのクリークを着色するには少なくともk色が必要です。換言すれば、色数が少なくともクリーク番号: χ G ω G

正確なrefがわからないが、[1,2]は開始するのに適した場所であり、正確なアルゴリズムまたはrefは少なくともこれらの本で引用されている可能性が高い。

[1] クリーク、着色、および充足可能性、2回目のDIMACSチャレンジ

[2] Dimacs vol 26:クリーク、カラーリング、および充足可能性


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プロパティ使用χ G ω Gをは、アルゴリズムを呼び出すことができ、K - C O L O R A B I L I T Y上のG:アルゴリズムが返す場合、Y E Sを、次いで、Gは任意の含まれていません少なくともk + 1のサイズのクリーク。しかし、反対の含意は成り立たない:アルゴリズムが返す場合、N Oを、次いで、Gは、又は少なくともサイズのクリークを有していてもいなくてもよいですK + 1は(反例として、その多角形ベースの頂点の奇数を有するピラミッドを考慮してください。そうでない 3 -colorable、しかし、それはしない大きさの少なくともいずれかクリーク有する 4)。
ジョルジオカメラニ

はい、同意しました。私の解釈では、元の投稿は削減の方向に固執していませんでしたが、SATを仲介として避けることをより強調し、「かなり簡単な説明」を求めました。また、顕著誰もがこれまで以上の疑似事実に言及していない....質問&コメントも....不正確さまざまな方法で二つの問題点が密結合されていない示しているように見える
vzn

1
方向があいまいだった場合はおologiesび申し上げます。正しい削減に興味があります(はいYES)、と私は削減に興味がありますから徒党 K色。私には他の方向があり、それは私の投稿で説明されています。確かに、グラフのクリークとグラフの色を関連付ける多くのものがあり、実際に私はそれらの多くを見てきました(そして、私はここで他の多くのものがそれらの多くを見ていると思います)が、私は本当に直接に興味がありますそれが存在しない理由の削減または説得力のある説明。
ウィリアムマクレー

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@vzn:私のコメントはあなたの答えを批判するためのものではありませんでした。真実は言われますが、最初はあなたと似た推論をしましたが、反対の意味が成り立つなら、NP完全であることが知られている一般的なグラフで3 - C O L O R I N G入力グラフに4ノードのクリークがあるかどうかを確認するだけで、簡単に解くことができます。サイズ4のクリークが含まれていない場合にのみ、G3色になります(もちろん、ピラミッドの反例が表示されます)。ちなみに、私はダウン投票した人ではありません。
ジョルジオ・カメラニ

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@WilliamMacrae:⟺の削減を望んでいたことは完全に明らかでしたが、そうでなければ削減ではなかったでしょう!また、C L I Q U EからC O L O R I N Gへの削減が必要であり、他の方法ではないことは完全に明らかでした。
ジョルジオカメラニ
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