그래프 채색 문제의 NP- 완전성


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대체 제제

아래 문제에 대한 대체 공식을 생각해 냈습니다. 대체 공식은 실제로 다음과 같은 문제의 특별한 경우이며 이분 그래프를 사용하여 문제를 설명합니다. 그러나, 대안적인 제제는 여전히 NP-hard라고 생각합니다. 대체 공식은 문제 정의를 단순화하는 분리 된 수신 및 발신 노드 세트를 사용합니다.

을 감안할 때 나가고 수신 노드 (각각 그림에서 빨간색과 파란색 노드) 및 설정 '크기에요 발신 및 수신 정점 사이의 에지 무게의. 문제의 목표는 모든 들어오는 노드에 대해 조건이 유지되도록 그림의 두꺼운 가장자리를 색칠하는 것입니다.n w i j n × nnnwijn×n

문제의 이분 그래프

주어진 세트출력 정점의 , 세트 입력 정점, 가중치 사이 의 및 위해 '들 , 포지티브 상수 , 찾기 모든 에 대해 모서리 (위 그림에서 두꺼운 모서리) 의 최소 ​​색상 수 ,{ 나는 내가{Oi|i=1…n}N × N w I J ≥ 0 O I I J I , J = 1 ... N β 예 I I J = 1 ... N{Ii|i=1…n}n×nwij≥0OiIji,j=1…nβeiij=1…n

wjj1+∑c(i)=c(j),i≠jwij≥β

여기서 는 가장자리 의 색상을 나타냅니다 .e 나는 난c(i)eii


올드 포 뮬레이션

다음 문제는 NP 하드처럼 보이지만 표시 할 수 없었습니다. 그것의 경도 또는 용이함을 나타내는 모든 증거 / 의견이 인정된다.

가정 함께 전체 가중 관한 그래프 노드와 가장자리. 보자 에지의 중량 표시 및 방송 가장자리의 색 . 가장자리 와 양의 상수 의 하위 집합이 주어지면 목표는 다음과 같습니다. 각 에 대해 최소 색상 수를 찾습니다 .N N ( N - 1 ) w I J ≥ 0 I J C ( I , J ) I J T ⊆ E β E I J ∈ TKn=⟨V,E⟩nn(n−1)wij≥0ijc(ij)ijT⊆Eβeij∈T

c(ij)≠c(ik)

wij1+∑c(kl)=c(ij),kl≠ijwkj≥β.
및
c(ij)≠c(ik)forj≠k

위의 문제에서 의 가장자리 만 색칠하면됩니다. 이것이 에서 해결할 수있는 문제입니다 .O ( | T | ! )TO(|T|!)

최신 정보:

Ito Tsuyoshi의 의견을 듣고 문제를 업데이트했습니다. 분모가 에서 입니다. 따라서 분모에는 외부의 가중치 도 포함됩니다. 이것이 실제로 정의에서 완전한 그래프를 언급 한 이유입니다. 1 + ∑ c ( k l ) = c ( i j ) , k l ≠ i j w k j 티1+∑c(kj)=c(ij),k≠i,ekj∈Twkj1+∑c(kl)=c(ij),kl≠ijwkjT

또한 에 대한 추가 제약 조건 . 즉, 노드에서 나가는 가장자리의 색상이 달라야합니다 (그러나 들어오는 색상은 부등식이 유지되는 한 동일 할 수 있음). 이것은 색상의 수에 직관적 인 하한을 두며, 이는 의 노드의 최대 입니다.Tc(ij)≠c(ik)forj≠kT

Tsuyoshi가 언급했듯이 's, 및 는 문제에 대한 입력이고 가장자리 색상은 출력입니다. T βwijTβ

업데이트 2 :

가장자리 와 의 색이 동일 하지 않은 문제가 있습니다. e j ieijeji


@Raphael : 일반적으로 가장자리 색소 문제는 축소의 좋은 후보로 보입니다. 감소를위한 가장 간단한 np-hard 문제를 찾는 것이 가장 어려운 부분입니다. 다음 단계는 매핑에 적합한 가중치를 찾는 것입니다. 가장자리 채색 문제가 위의 문제로 줄어들면 가중치는 0/1과 같거나 가중치를 찾기 위해 불평등 시스템을 해결해야합니다.
— 헬륨

문제의 공식화에 대한 몇 가지 의견 : (1) 입력이란 무엇입니까? 모든 모서리, T 및 β에 대한 입력이 w_ij라고 생각하지만, 그렇다면 동일한 방식으로 주어진 것처럼 w_ij와 c (ij)를 정의해서는 안됩니다. (2) 내가 작성한 것을 이해함에 따라 T 외부의 가장자리는 언급되지 않습니다. 따라서 완전한 직접 그래프를 고려하는 대신 T의 모서리로 구성된 직접 그래프를 정의하는 것이 더 간단합니다.
— 이토 쓰요시

@TsuyoshiIto : 귀하의 의견에 감사드립니다. 질문을 업데이트했습니다.
— Helium

1
그건 그렇고, 문제는 나에게 매우 지저분 해 보인다. 이 문제에 도달 한 방법 (즉,이 문제에 관심이있는 이유)을 설명하면 다른 사람들이 문제를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
— 이토 쓰요시

1
@TsuyoshiIto : 1) 문제는 무선 애드혹 네트워크에서 스케줄링하는 특별한 경우입니다. 는 전송 세트를 나타내고 가중치는 신호 감쇠 계수를 나타냅니다. 주먹 구속 조건은 또한 신호 대 간섭과 잡음비를 의미합니다. 2)“분모에는 T의 모서리 가중치 만 포함됩니다”가 삭제되었습니다. T
— Helium

답변:


3

대체 제제가 NP-hard임을 나타내는 것은 매우 간단하다. 정점 색소 문제로 인한 감소입니다. 그래프와 G 주어 정점을, 우리는 함께 상기 문제 인스턴스를 생성 출력 정점과 입력 정점. 가중치는 다음과 같이 설정됩니다. 모든 에 대해 . 들면 꼭지점 사이의 에지가있는 경우, 및 정점 , 보자 또, 보자 . 또한 보자 .n n i w i i = 1 i ≠ j i j w i j = w j i = 1 w i j = w j i = 0 β = 1nnniwii=1i≠jijwij=wji=1wij=wji=0β=1

이것은 분명하지만 명백한 이유를 설명하기는 어렵습니다. 하자 그래프 착색 인스턴스 표시 문제 인스턴스의 환원을 나타낸다. 위의 축소를 통해 올바른 해결책을 제시하려면 (1) 모든 유효한 색상 이 에도 유효한 것으로 표시해야합니다. (2) 의 대답 은 대해 최소입니다 .R R C R CCRRCRC

경우 와 두 개의 인접한 정점입니다 , 그들은 서로 다른 색상이 있어야합니다 . 그 경우 때문이다 와 인접한 그들이 동일한 색상을 가지고, 분획 는 되며 여기서 는 양수입니다. 따라서 조건이 유지되지 않습니다. 또한 대한 모든 유효한 (최소한은 아니지만) 채색은 에도 유효한 채색입니다 . 그것은 의 유효한 채색에서j C R i j w j jijCRij 1wjj1+∑c(i)=c(j),i≠jwij XCR11+XXCRCRCRRCC


0

c(ij)=c(ji)T0

G=(V,E)D=(V,A)∀uv∈E(u,v)(v,u)Aa∈Awa=1∀xy∉E(x,y)(y,x)Awxy=wyx=0β1T=A

0

kNP

NP


c (ij) = c (ji)를 어떻게 적용합니까? 내가 올바르게 이해한다면 문제의 문제에 반드시 해당되는 것은 아닙니다.
— Ito Tsuyoshi

좋은 지적. 문제를 기록하기 위해 원본 게시물을 편집하겠습니다.
— Luke Mathieson
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