多角形の障害物がある平面での最短経路の計算の複雑さ


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平面内の互いに素な複数の単純なポリゴンと、すべてのポリゴンの外側にある2つのポイントtが与えられていると仮定します。ユークリッド最短経路問題は、ポリゴンの内部と交差しないsからtまでユークリッド最短経路を計算することです。具体的には、stの座標がstststの座標、およびすべてのポリゴン頂点の座標が整数であるます。

この問題は多項式時間で解決できますか?

もちろん、ほとんどの計算幾何学者はすぐに「はい」と言います:John HershbergerとSubhash Suriは、時間でユークリッドの最短経路を計算するアルゴリズムを説明しました。この時間制限は代数計算ツリーモデルで最適です。残念ながら、HershbergerとSuriのアルゴリズム(およびその前後のほぼすべての関連アルゴリズム)は、次の強力な意味での正確な実算を必要とするようですOnログn

すべての内部頂点が障害物頂点である場合、有効な多角形パスを呼び出します。すべてのユークリッド最短経路が有効です。有効なパスの長さは、整数の平方根の合計です。したがって、2つの有効なパスの長さを比較するには、2つの平方根の合計を比較する必要があります。ます。これは、多項式時間で行う方法がわかりません

さらに、平方根の総和問題の任意のインスタンスが、同等のユークリッド最短経路問題に還元できることは完全に妥当であると思われます。

だから:ユークリッド最短経路を計算する多項式時間アルゴリズムはありますか?それとも問題はNP困難ですか?または sum-of-square-roots-hard?または、他の何か?

いくつかのメモ:

  • O n で1つのポリゴンの内部(または外部)の最短経路を計算できますOn少なくともポリゴンの三角形分割が指定されている場合、は、標準ファンネルアルゴリズムを使用して、奇妙な数値の問題なし時間。

  • 実際には、浮動小数点演算は、浮動小数点精度までの最短パスを計算するのに十分です。正確な問題の複雑さにのみ興味があります。

  • ジョン・キャニーとジョン・レイフは、3空間での対応する問題がNP困難であることを証明しました(道徳的に最短パスが指数関数的に存在する可能性があるため)。 Joonsoo Choi、JürgenSellen、およびChee-Keng Yapは、多項式時間近似スキームについて説明しました。

  • Simon KahanとJack Snoeyinkは、単純なポリゴンの最小リンクパスの関連する問題について、同様の問題を検討しました。


4
平方根の困難な問題のリストがあればいいでしょう。
スレシュヴェンカト

4
これは、cstheoryにとって完璧な質問のように聞こえます。聞いてみませんか?
ピーターショー

回答:


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たぶん私は何かを見逃しますが、すべての障害物がポイントである「簡単な」場合を考えると、平面グラフ内の2つの頂点間の最短経路を計算する問題があります。平方根の和として。

PS。回答ではなくコメントを追加したかったのですが、方法がわかりません。申し訳ありません。管理者はこれで私を助けてもらえますか。


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chazisop

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障害物がポイントである「簡単な」ケースでは、ユークリッドの最短経路(より正式には無限の経路)は常に直線セグメントであり、計算は簡単です。しかし、ユークリッドエッジ長の平面グラフの最短経路であっても、根の合計の硬さの参照はありますか?(4次元グラフの削減を見ることは難しくありません。すべての整数が最大4つの完全な平方の合計であるためです。)
ジェフス

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4k+1

あなたが正しいです。「簡単な」ケースは、ささいなケースです。
エリアス
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