최단 경로 문제의“친척”


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음이 아닌 간선 가중치와 두 개의 고유 정점 s,t 로 연결된 무 방향 그래프를 고려하십시오 . 다음은 모두 다음과 같은 형식의 일부 경로 문제입니다. 경로에서 가장자리 가중치의 일부 기능이 최소가 되도록 s−t 경로를 찾으십시오 . 이런 의미에서 그것들은 모두 최단 경로 문제의 "상대적"입니다. 후자의 함수는 단순히 합계입니다.

참고 : 우리는 간단한 경로, 즉 반복 정점이없는 것을 찾고 있습니다. 문헌에서 이러한 문제에 대한 표준 이름을 찾지 못했기 때문에 스스로 이름을 지정했습니다.

최소 무게 차이가있는 경로 : 경로에서 가장 큰 가장자리 가중치와 가장 작은 가장자리 가중치의 차이가 최소가 되도록 s−t 경로를 찾으십시오 .

가장 부드러운 경로 : 경로에서 가장 큰 단계 크기가 최소가 되도록 s−t 경로를 찾으십시오. 여기서 단계 크기는 두 개의 연속 모서리 사이의 무게 차이의 절대 값입니다 .

최소 고도 가있는 경로 : 경로를 따라 단계 크기의 합으로 경로의 고도를 정의합니다 (위의 단계 크기 정의 참조). 최소 고도로 s−t 경로를 찾으십시오 .

최소 소수 가중치를 가진 경로 : 모든 모서리 가중치가 양의 정수라고 가정하면 가중치가 소수 가되도록 s−t 경로를 찾으십시오 . 그러한 경로가 있다면, 가능한 가장 작은 무게를 가진 경로를 찾으십시오.

질문 : 이러한 경로 문제에 대해 알려진 것은 무엇입니까? (그리고 비슷한 정신으로 생각할 수있는 다른 것들이 가중치의 다른 기능을 적용합니다.) 일반적으로, 다항식 시간에서 에지 가중치의 기능을 최소화 할 수 있고 NP-hard 인 지침이 있습니까?

sts−t

답변:


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첫 번째 문제에 대한 답변은 다음과 같습니다.

최소 무게 차이가있는 경로 : 경로에서 가장 큰 가장자리 가중치와 가장 작은 가장자리 가중치의 차이가 최소가 되도록 s - t 경로를 찾으십시오 s−t

1984 년의 논문에 따르면 다항식 시간의 조합 최적화 문제에 대한 타당성을 결정할 수있을 때마다 (가중치되지 않은 경우 솔루션이 존재 함) 다항식 시간에서 가장 크고 작은 차이를 최소화하는 솔루션을 찾을 수 있음을 보여줍니다 비용 계수 (가중 된 경우) :

S. Martello, WR Pulleyblank, P. Toth, D. de Werra
균형 최적화 문제
운영 리서치 레터 3, 1984, 275-278 페이지

이것은 당신의 질문에 다항식 시간 알고리즘을 암시합니다.


1
이것은 최대 및 최소를 구성 할 수있는 모든 모서리 쌍과 그 순서 / 방향에 대한 무차별 대항 검색을 통해 수행 할 수도 있습니다.
— 요나탄 N

3

O~(|E|2)|E||E|

O~(|E|)|E|2kk−1


SΘ(n/log⁡n)PS이진 가중치의 경우에도 : 각 포인트에서 폴리 노 미적으로 많은 ( 따라 ) 가장 낮은 경로 가중치를 추적하기에 충분합니다 . 그러나 프라임 가중치를 사용하면 가중치 가중치의 제수를 다양 화해야 할 수도 있습니다 (가장 낮은 가중치를 추적하는 대신).S

가장 부드러운 경로 : NP 완료. 자체 교차를 허용하면 시간 로 해결할 수 있지만 자체 교차가없는 버전의 경우 변수 가있는 3-SAT가 줄어 듭니다 . 꼭짓점 과 각 절의 꼭짓점을 갖습니다. 각 변수 ( )에 대해 에서 까지의 부드러운 경로 (필요한 경우 추가 정점 사용)를 추가 하고 양의 발생하는 모든 절을 통과 하는 절의 유사한 경로를O~(|E|)ns=v0,v1,...,t=vnxii<nvivi+1xi¬xi. 각 경로의 첫 번째 및 마지막 가장자리 가중치를 1 (또는 다른 상수)로 설정하지만 다른 경로가 매끄럽지 않도록 가중치를 선택하십시오. 마지막으로 모든 절 정점과 인접한 모서리를 복제합니다. 이 방법으로 각 조항을 최대 두 번 방문 할 수 있으며 3-SAT이면 충분합니다.


나는 다음과 같은 변형으로 인해 가장 부드러운 경로가 P에 있다고 생각합니다. 를 의 꼭짓점으로 하자 . 장착 크기의 도당 , 각 에지되도록 에 인접한 원래이었다 이제 다른 정점에서 종료 도당의. 경우 이러한 두 원래 에지는, 그 가중치 부여clique 의 가장자리 까지 모든 정점 대해이 변환 을 수행하고 원래 그래프 가장자리에 0 가중치를 할당하십시오. 그런 다음 최소 무게vdvdevvee,f|w(e)−w(f)|(ve,vf)v≠s,ts−t새 그래프의 경로는 변환을 취소 한 후 원본에서 가장 부드러운 경로를 제공합니다.
— Andras Farago

@AndrasFarago 인수의 문제는 확장 그래프의 일부 간단한 경로가 원래 그래프에서 정점을 반복한다는 것입니다. 가장 부드러운 경로 문제는 믿을 수 없을 정도로 단순 해 보입니다.
— Dmytro Taranovsky

@ Dmytro Taranovsky 그것은 당신이 옳은 것 같습니다. 실제로 원래 그래프로 돌아온 후에 경로에서 반복되는 정점을 얻을 수 있습니다 (그러나 반복되는 가장자리는 없습니다). 그러나 원래 그래프의 각 차수가 최대 3이면 반복이 발생하지 않습니다. 이는 최대 그래프의 경우 가장 부드러운 경로 문제가 P에 있음을 의미합니다 . ≤3
— Andras Farago

변환 된 그래프에서 총 중량이 가장 작은 것이 아니라 최대 중량이 가장 작은 경로 (P에도 있음)를 찾아야합니다. 총 가중치는 최소 고도가있는 경로로 이어집니다 (최대도 인 그래프에서 반복되는 정점이 제외됨). ≤3
— Andras Farago
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