×

为什么最大集团在实践中往往很容易? (英语) Zbl 1457.90166号

总结:到目前为止,最大团问题仍然是一个具有计算挑战性的问题。事实上,尽管研究人员尽了最大努力,仍存在1000个顶点的未解决基准实例。然而,相对简单的算法可以在几秒钟内解决具有数百万个顶点的真实实例。为什么会这样?为什么在许多自然发生的网络中,问题显然如此容易?在本文中,我们提供了一个解释。首先,我们观察到,在大多数现实情况下,图的团数\(\omega\)非常接近图的退化度\(d\)。这一观察激发了本文的一个主要贡献,它是最大团问题的一个算法,该问题在图的大小中以时间多项式形式运行,但在团数(ω)与其基于简并的上界(d+1)之间的间隙(g:=(d+1)-ω中呈指数形式。当这个间隙(g)可以被视为一个常数时,就像现实生活中的图一样,该算法的运行时间为(O(dm)=O(m^{1.5})。尽管在最坏的情况下这个问题很难解决,但这为这些情况的明显易发性提供了严格的解释。此外,我们提出的算法的实现实际上是实用的,与文献中的最佳方法相比具有竞争力。

MSC公司:

90立方厘米 涉及图形或网络的编程
90C27型 组合优化
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Abello J,Pardalos PM,Resende MGC(1999)关于超大图中的最大团问题。Abello JM,Vitter JS,ed.外部记忆算法(美国数学学会,普罗维登斯,RI),119-130.谷歌学者·Zbl 0947.68119号
[2] Abu-Khzam FN、Collins RL、Fellows MR、Langston MA、Suters WH、Symons CT(2004)《顶点覆盖问题的核化算法:理论与实验》。Arge L,Italiano GF,Sedgewick R,eds.程序。第六次算法工程实验研讨会(ALENEX)(SIAM,费城),62-69。谷歌学者
[3] Achterberg T(2007)约束整数规划。柏林科技大学博士论文。谷歌学者·Zbl 1430.90427号
[4] Akiba T,Iwata Y(2016)《实际中的分支与缩减指数/FPT算法:顶点覆盖的案例研究》。理论。计算。科学。609(1):211-225.Crossref,谷歌学者·Zbl 1331.68281号 ·doi:10.1016/j.tcs.2015.09.023
[5] Bader GD,Hogue CW(2003)在大型蛋白质相互作用网络中发现分子复合物的自动化方法。BMC生物信息学4:第2条谷歌学者Crossref·doi:10.1186/1471-2105-4-2
[6] Balasubramanian R,Fellows M,Raman V(1998)改进的顶点覆盖固定参数算法。通知。处理信函。65(3):163-168.Crossref,谷歌学者·Zbl 1337.05095号 ·doi:10.1016/S0020-0190(97)00213-5
[7] Barabási AL,Albert R(1999)随机网络中缩放的出现。科学类286(5439):509-512.Crossref,谷歌学者·Zbl 1226.05223号 ·doi:10.1126/science.286.5439.509
[8] Bar-Yehuda R,Even S(1985)用于近似加权顶点覆盖问题的局部比率定理。Ausiello G,Lucertini M,eds.组合问题算法的分析与设计(荷兰出版公司,阿姆斯特丹),27-45.Crossref,谷歌学者·Zbl 0557.90072号 ·doi:10.1016/S0304-0208(08)73101-3
[9] Batagelj V,Zaversnik M(2003)网络核心分解的O(M)算法。10月25日提交的预印本,https://arxiv.org/abs/cs/0310049.谷歌学者
[10] Björklund A,Husfeldt T,Koivisto M(2009)《通过包含-排除进行集合划分》。SIAM J.计算。39(2):546-563.Crossref,谷歌学者·Zbl 1215.05056号 ·数字对象标识代码:10.1137/070683933
[11] Bomze IM,Budinich M,Pardalos PM,Pelillo M(1999)最大集团问题。Du DZ,Pardalos PM,编辑。组合优化手册(Springer-Verlag,波士顿),1-74.Crossref,谷歌学者·Zbl 1253.90188号 ·doi:10.1007/978-1-4757-3023-4_1
[12] Bonato A、Hadi N、Horn P、Prałat P、Wang C(2009)《在线社交网络模型》。互联网数学。6(3):285-313.Crossref,谷歌学者·Zbl 1235.68036号 ·doi:10.1080/15427951.2009.10390642
[13] Borchers B(1999)CSDP,半定编程的C库。最佳方案。方法软件11(1-4):613-623.Crossref,谷歌学者·Zbl 0973.90524号 ·doi:10.1080/10556789908805765
[14] Borchers B(2017)CSDP 6.2用户指南。2020年1月20日访问,https://github.com/coin-or/Csdp/blob/master/doc/csdpuser.pdf.Google(谷歌)学者
[15] Buchanan A,Walteros JL,Butenko S,Pardalos PM(2014)稀疏图中最大团的求解:d-退化图的O(nm+n2d/4)算法。最佳方案。莱特。8(5):1611-1617.Crossref,谷歌学者·Zbl 1303.05184号 ·doi:10.1007/s11590-013-0698-2
[16] Buss JF,Goldsmith J(1993),P。SIAM J.计算。22(3):560-572.Crossref,谷歌学者·Zbl 0773.68031号 ·数字对象标识代码:10.1137/0222038
[17] Carraghan R,Pardalos PM(1990)最大团问题的精确算法。操作。Res.Lett公司。9(6):375-382.Crossref,谷歌学者·兹比尔0711.90080 ·doi:10.1016/0167-6377(90)90057-C
[18] Chen J,Kanj IA,Jia W(2001)《顶点覆盖:进一步观察和进一步改进》。J.算法41(2):280-301.Crossref,谷歌学者·兹伯利1017.68087 ·doi:10.1006/jagm.2001.1186
[19] Chen J,Kanj IA,Xia G(2010)改进了顶点覆盖的上界。理论。计算。科学。411(40):3736-3756.Crossref,谷歌学者·Zbl 1205.05217号 ·doi:10.1016/j.tcs.2010.06.026
[20] Chen J,Fernau H,Kanj IA,Xia G(2007)参数对偶与核化:核大小的上界与下界。SIAM J.计算。37(4):1077-1106.Crossref,谷歌学者·Zbl 1141.05075号 ·doi:10.1137/050646354
[21] Chor B,Fellows M,Juedes D(2004)线性时间中的线性内核,或如何在O(n2)步骤中保存k个颜色。HromkovićJ,Nagl M,编辑Proc。第30届国际。Conf.图论概念计算。科学。(施普林格-柏林,海德堡),257-269.谷歌学者·Zbl 1112.68412号
[22] Cohen J(2008)Trusses:社交网络分析的内聚子图。技术报告16(马里兰州米德堡国家安全局)。谷歌学者
[23] Csardi G,Nepusz T(2006)用于复杂网络研究的igraph软件包。期刊间复杂系统1695(5):1-9谷歌学者
[24] Cygan M、Fomin FV、KowalikŁ、Lokshtanov D、Marx D、Pilipczuk M、Pilipzuk M.、Saurabh S(2015)参数化算法(纽约斯普林格)。Crossref,谷歌学者·Zbl 1334.90001号 ·doi:10.1007/978-3-319-21275-3
[25] Dailey DP(1980)平面4-正则图的着色唯一性和着色唯一性是NP-完全的。离散数学。30(3):289-293.Crossref,谷歌学者·Zbl 0448.05030号 ·doi:10.1016/0012-365X(80)90236-8
[26] Dell H,Van Melkebeek D(2014)“可满足性”不允许非平凡的稀疏化,除非多项式时间层次结构崩溃。美国临床医学杂志61(4):第23条谷歌学者Crossref·Zbl 1321.68274号 ·doi:10.1145/2629620
[27] Downey RG,研究员MR(1999)参数化复杂性(Springer-Verlag,纽约)。Crossref,谷歌学者·doi:10.1007/978-1-4612-0515-9
[28] Eppstein D,Löffler M,Strash D(2013)列出了大型稀疏现实世界图中的所有最大团。ACM J.实验。算法18(3):3.1谷歌学者·Zbl 1365.05276号
[29] Erdös P,Hajnal A(1966)关于图和集系统的色数。数学学报。匈牙利。17(1-2):61-99.Crossref,谷歌学者·Zbl 0151.33701号 ·doi:10.1007/BF02020444
[30] Freuder EC(1982)无回溯搜索的一个充分条件。美国临床医学杂志29(1):24-32.Crossref,谷歌学者·兹伯利0477.68063 ·数字对象标识代码:10.1145/322290.322292
[31] Garey MR,Johnson DS,Stockmeyer L(1976)一些简化的NP-完全图问题。理论。计算。科学。1(3):237-267.Crossref,谷歌学者·Zbl 0338.05120号 ·doi:10.1016/0304-3975(76)90059-1
[32] Hástad J(1999)集团很难在O(n1-ɛ)内近似。数学学报。182(1):105-142.Crossref,谷歌学者·Zbl 0989.68060号 ·doi:10.1007/BF202392825
[33] 岩田Y、Oka K、Yoshida Y(2014)通过网络流的线性时间FPT算法。程序。第25届ACM-SIAM年度交响曲。离散算法(工业和应用数学学会,费城),1749-1761年。谷歌学者·Zbl 1423.68572号
[34] Kirousis LM,Thilikos DM(1996)图的链接。SIAM J.计算。25(3):626-647.Crossref,谷歌学者·Zbl 0851.68035号 ·doi:10.1137/S0097539793235709
[35] Knuth DE(1994)三明治定理。电子。J.组合。1(1):1.Crossref,谷歌学者·Zbl 0810.05065号 ·doi:10.37236/1193
[36] Konc J,JaneíičD(2007)最大团问题的改进分支定界算法。匹配Commun。数学。计算。化学。58(3):569-590.谷歌学者·Zbl 1274.05452号
[37] Li CM,Quan Z(2010)基于MaxSAT的最大团问题的高效分枝定界算法。程序。第24届AAAI人工智能大会(AAAI Press,Palo Alto,CA),128-133.谷歌学者
[38] Li W,Zhu B(2018)基于冠分解的顶点覆盖2k核化算法。理论。计算。科学。739:80-85.Crossref,谷歌学者·Zbl 1395.68154号 ·doi:10.1016/j.tcs.2018.05.004
[39] Lick DR,White AT(1970)k-退化图。加拿大数学杂志。22(5):1082-1096.Crossref,谷歌学者·兹比尔0202.23502 ·doi:10.4153/CJM-1970-125-1
[40] Lieder F,Rad FBA,Jarre F(2015)二元问题的统一半定和集正松弛及随机化技术。计算。最佳方案。申请。61(3):669-688.Crossref,谷歌学者·兹比尔1346.90603 ·doi:10.1007/s10589-015-9731-y
[41] Lovász L(1979)关于图的Shannon容量。IEEE传输。通知。理论25(1):1-7.Crossref,谷歌学者·Zbl 0395.94021号 ·doi:10.1109/TIT.1979.1055985
[42] Manousakis G(2014)归纳k-独立图上的团问题。10月13日提交的预印本,https://arxiv.org/abs/1410.3302.谷歌学者
[43] Manousakis G(2016)k-退化图中团和相关结构的新算法。预印本,4月4日提交,https://arxiv.org/abs/11501.01819v4.谷歌学者
[44] Matula DW,Beck LL(1983),最小最大排序和聚类以及图着色算法。美国临床医学杂志30(3):417-427.Crossref,谷歌学者·Zbl 0628.68054号 ·doi:10.1145/2402.322385
[45] Mittelmann H(2018)优化软件基准。2020年1月20日访问,http://plato.asu.edu/bench.html谷歌学者
[46] Nagamochi H(2010)最低学位订购。算法56(1):17-34.Crossref,谷歌学者·Zbl 1187.68352号 ·doi:10.1007/s00453-008-9239-2
[47] Nemhauser GL,Trotter LE Jr(1975)《顶点填充:结构属性和算法》。数学。编程8(1):232-248.Crossref,谷歌学者·Zbl 0314.90059号 ·doi:10.1007/BF01580444
[48] Niedermeier R,Rossmanith P(2000)加速固定参数可压缩算法的通用方法。通知。处理信函。73(3):125-129.Crossref,谷歌学者·Zbl 1014.68064号 ·doi:10.1016/S0020-0190(00)00004-1
[49] Østergárd PRJ(2002)最大团问题的快速算法。离散应用程序。数学。120(1):197-207.Crossref,谷歌学者·Zbl 1019.05054号 ·doi:10.1016/S0166-218X(01)00290-6
[50] Pattabiraman B,Patwarve MMA,Gebremedhin AH,Liao WK,Choudhary A(2013)大规模稀疏图上最大团问题的快速算法。Bonato A,Mitzenmacher M,Prałat P,eds.网络图形算法和模型国际研讨会(Springer,Heidelberg),156-169年。谷歌学者·Zbl 1342.05185号
[51] Prosser P(2012)《最大团的精确算法:一项计算研究》。算法(巴塞尔)5(4):545-587.Crossref,谷歌学者·Zbl 1461.90162号 ·doi:10.3390/a5040545
[52] 滑轮板WR(1979)最小节点覆盖和2-临界图。数学。编程17(1):91-103 Crossref,谷歌学者·Zbl 0414.90066号 ·doi:10.1007/BF01588228
[53] Robson JM(2001)在时间O(2n/4)中找到最大独立集。波尔多大学LaBRI技术报告,谷歌学者
[54] Rossi RA(2014)挖掘大型图的快速三角核分解。Tseng VS,Ho TB,Zhou Z-H,Chen ALP,Kao H-Y,eds.太平洋亚洲委员会知识发现数据挖掘(Springer,Heidelberg),310-322。谷歌学者
[55] Rossi RA,Ahmed NK(2015)具有交互式图形分析和可视化的网络数据存储库。程序。第29届AAAI人工智能大会(AAAI出版社,加利福尼亚州帕洛阿尔托),4292-4293.谷歌学者
[56] Rossi RA,Gleich DF,Gebremedhin AH(2015)并行最大团算法及其在网络分析中的应用。SIAM J.科学。计算。37(5):C589-C616.Crossref,谷歌学者·Zbl 1323.05103号 ·数字对象标识码:10.1137/14100018X
[57] San Segundo P,Lopez A,Pardalos PM(2016)一种新的大规模稀疏图的精确最大团算法。计算。操作。物件。66:81-94.Crossref,谷歌学者·Zbl 1349.90824号 ·doi:10.1016/j.cor.2015.07.013
[58] San Segundo P、Nikolaev A、Batsyn M(2015)《超彩色》,可进行精确的最大团搜索。计算。操作。物件。64:293-303.Crossref,谷歌学者·Zbl 1349.90825号 ·doi:10.1016/j.cor.2015.06.009
[59] San Segundo P,Artieda J,Batsyn M,Pardalos PM(2017a)一种增强的位字符串编码,用于在稀疏图中进行精确的最大团搜索。最佳方案。方法软件32(2):312-335.Crossref,谷歌学者·Zbl 1365.05162号 ·doi:10.1080/10556788.2017.1281924
[60] San Segundo P,Lopez A,Artieda J,Pardalos PM(2017b)大型稀疏图的并行最大团算法。最佳方案。莱特。11(2):343-358.Crossref,谷歌学者·兹比尔1370.90227 ·文件编号:10.1007/s11590-016-1019-3
[61] Savelsbergh MWP(1994)混合整数规划问题的预处理和探测技术。ORSA J.计算。6(4):445-454.链接,谷歌学者·Zbl 0814.90093号
[62] Seidman SB(1983)网络结构和最低程度。Soc.网络5(3):269-287.Crossref,谷歌学者·doi:10.1016/0378-8733(83)90028-X
[63] Sloane NJA(2017)挑战问题:图中的独立集。2020年1月20日访问,https://oeis.org/A265032/A265032.html.谷歌学者
[64] Szekeres G,Wilf HS(1968)图的色数不等式。J.组合理论4(1):1-3.Crossref,谷歌学者·兹标0171.44901 ·doi:10.1016/S0021-9800(68)80081-X
[65] Tomita E,Kameda T(2007)一种通过计算实验找到最大团的有效分枝定界算法。J.全球优化。37(1):95-111.Crossref,谷歌学者·兹比尔1127.90079 ·doi:10.1007/s10898-006-9039-7
[66] Tomita E、Sutani Y、Higashi T、Takahashi S、Wakatsuki M(2010)寻找最大团的简单快速分支定界算法。Rahman MS,Fujita S,eds.WALCOM:算法与计算(柏林施普林格出版社),191-203.Crossref,谷歌学者·Zbl 1274.05455号 ·doi:10.1007/978-3642-11440-318
[67] Verma A,Buchanan A,Butenko S(2015)求解超大稀疏网络上的最大团和顶点着色问题。信息J.计算。27(1):164-177.链接,谷歌学者·Zbl 1327.90356号
[68] Wang J,Cheng J(2012)大规模网络中的桁架分解。程序。VLDB捐赠5(9):812-823.Crossref,谷歌学者·doi:10.14778/2311906.2311909
[69] Watts DJ(1999)《网络、动力学和小世界现象》。阿默尔。J.社会学。105(2):493-527.Crossref,谷歌学者·doi:10.1086/210318
[70] Wilson AT(2009)将边界点方法应用于分支定界算法最大独立集问题的SDP松弛。新墨西哥州索科罗新墨西哥矿业技术学院硕士论文。谷歌学者
[71] Zuckerman D(2006)线性度抽取器与最大团和色数的不可逼近性。程序。第38届ACM年度交响曲。理论计算。(ACM、·Zbl 1301.68152号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配,并且可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。