A Polynomial-Time Algorithm for Coloring Perfect Graphs Based on Walk Counting
Princeton University(普林斯顿大学)
该研究提出基于图论操作的多项式时间算法,核心是通过迭代计算加权路径判定完美图是否含给定大小团,权重先统一初始化再依上次迭代路径计数更新,用于对完美图进行最优着色。
2026-07-13 cs.DM cs.DS math.CO
A New Direction for Counting Perfect Matchings
本文提出了一种新的精确计算完美匹配的算法,它既不依赖于容斥原理,也不依赖于树分解。对于$2n$节点和$Δn$边的任意二分图,使得$Δ\geq 3$,我们的算法在$O^{\ast}(2^{(1 - 1/O(Δ\log Δ))n})$时间和指数空间上运行。与以往的算法相比,该算法在性能下降到$Δ$的增加是相当缓慢的意义上,实现了一个更好的时间界。我们的算法的主要思想是一个新的减少的问题,计算输入图的切重分布。这种简化的主要成分是从初等编码理论中推导出的MacWilliams恒等式。我们的整个算法的设计相结合,减少与非平凡的快速算法计算的削减重量分布。据我们所知,本文提出的方法是新的,可能是独立的利益。
2012-08-11 cs.DM cs.DS
Planar Perfect Matching Counting is as Hard as Determinants
University of Regensburg(雷根斯堡大学);IT University of Copenhagen(哥本哈根信息技术大学);University of Helsinki(赫尔辛基大学)
本文证明在代数电路等计算模型下,边加权平面图的完美匹配计数无法在 O(n^{ω/2-ε}) 算术运算内完成,从而确认了 Yuster 算法的最优性。
2026-06-02 cs.CC cs.DM cs.DS
Fast exact algorithms via the Matrix Tree Theorem
IMSc(印度数学科学研究所)
本文提出基于矩阵树定理的快速精确算法,用于计算二分图完美匹配及最大匹配计数,改进了运行时间并展示了方法的灵活性。
2025-12-09 cs.DS
Planar Graph Perfect Matching is in NC
在NC中是完全匹配的吗?也就是说,是否有一个确定性的快速并行算法?自从RNC匹配算法被发现以来,这已经是理论计算机科学中三十多年来的一个突出的公开问题。在这个问题中,平面图的情况仍然是一个谜:一方面,计算完美匹配的数量比找到一个要困难得多(前者是#P-完全的,后者是在P中),另一方面,对于平面图,计数长期以来一直被认为是在NC中,而找到一个一直抵制解决方案。本文给出了平面图中寻找完美匹配的NC算法。我们的算法使用了上述关于以关键方式计数匹配的事实。我们的主要新思想是一个NC算法,用于找到一个完美匹配的多面体在$Ω(n)$新的条件,涉及约束的多面体,同时满足的面。还需要一些其他的想法,例如在这个多面体的最小权面的内部找到一个点,并在NC中找到一个平衡的紧奇集。
2018-04-21 cs.CC cs.DC cs.DS
Approximate Counting via Correlation Decay on Planar Graphs
我们发现了广泛的一类计数问题,相关衰减(强空间混合)意味着平面图上的FPTAS。我们考虑的计数问题的框架是具有任意恒定大小的区域和对称约束函数的Holant问题。我们定义了约束函数的正则性概念,它涵盖了广泛的自然和重要的计数问题,包括所有的多态自旋系统,计数图同态,计数加权匹配或完美匹配,从铁磁伊辛模型转换的子图世界问题,以及所有的计数CSP和Holant问题的对称约束函数的常数。我们的算法的核心是一个固定参数的易处理的算法,计算的精确值的Holant问题的有界树宽的图与定期约束函数。通过利用局部树型属性的顶点小自由图的家庭,参数化的精确算法意味着一个FPTAS的Holant问题在这些图的家庭,每当吉布斯测量定义的问题表现出强的空间混合。我们进一步将递归耦合技术推广到Holant问题,并建立了铁磁Potts模型和子图世界问题的强空间混合。作为结果,我们有新的确定性近似算法的平面图和所有顶点-小-自由图的几个计数问题。
2012-07-16 cs.DS
Hidden Circuits and Exact Counting in Ordered Graphs
Institute of Software, Chinese Academy of Sciences(中国科学院软件研究所);University of Regensburg(雷根斯堡大学)
本文证明三类有序图(单调图、单位区间图、弦置换图)的完美匹配计数为#P-完全,并改进距离遗传图计数算法至O(n^2),完善了精确计数分类。
2026-09-17 cs.CC cs.DS
Counting Shortest Two Disjoint Paths in Cubic Planar Graphs with an NC Algorithm
给定一个无向图和两个不相交的顶点对$s_1,t_1$和$s_2,t_2$,最短两条不相交路问题(S2DP)要求分别连接$s_1$和$t_1$以及$s_2$和$t_2$的两条顶点不相交路的最小总长度.我们表明,对于三次平面图有NC算法,多项式的大小和polylogarithmic深度的统一电路,计算S2DP,而且还输出这样的最小长度路径对的数量。以前,据我们所知,没有确定性的多项式时间算法是已知的S2DP在立方平面图与任意放置的终端。相比之下,Björklund和Husfeldt在ICALP 2014中提出的随机多项式时间算法,对于一般图来说要慢得多,本质上是串行的,并且不能计算解。我们的结果是建立在Hirai和Namba的一种方法上的,用于S2DP的推广,以及用于计算平面图中完美匹配的快速算法。
2018-06-20 cs.DS
Faster exponential-time algorithms in graphs of bounded average degree
我们首先证明了平均度为d的n顶点图中的旅行商问题可以在O*(2^{(1- \eps_d)n})时间和指数空间中求解,其中常数\eps_d仅依赖于d,其中O*-符号抑制了输入大小的多项式因子。因此,我们推广了Bjorklund等人[TALG 2012]关于有界度图的最近结果。然后,我们转移到计算图中完美匹配的问题。首先,我们提出了一个简单的算法,用于在O*(2^{n/2})时间和多项式空间中计算n-顶点图中的完美匹配;我们的算法匹配Bjorklund [SODA 2012]算法的复杂度界限,但依赖于包含-排除原理而不是代数变换。在此基础上,我们证明了平均度为d的n-顶点图的完美匹配数可以在O*(2^{(1- \eps_{2d})n/2})时间和指数空间中计算,其中\eps_{2d}是我们针对平均度不超过2d的图的旅行商问题得到的常数.此外,我们还得到了一个计算平均度不超过d的n点二部图的完美匹配数的简单算法,该算法在O*(2^{(1-1/(3.55d))n/2})时间内完成,改进和简化了Izumi和Wadayama [FOCS 2012]的结果.
2013-02-15 cs.DS
Fractionally Log-Concave and Sector-Stable Polynomials: Counting Planar Matchings and More
针对平面图非完美匹配计数问题,提出了基于多位点Glauber动力学的FPRAS,并引入扇区稳定性和分数对数凹性概念分析其混合性质,为谱独立性提供了基于多项式几何的新工具。
2023-04-03 cs.DS math.CO math.PR
Parameterizing the Permanent: Hardness for $K_8$-minor-free graphs
在20世纪60年代,统计物理学家发现了一种计算平面图中完美匹配的迷人算法。Valiant后来证明了同样的问题对于一般图也是#P-hard的。从那时起,平面图的算法被扩展到有界亏格图,不包括$K_{3,3}$或$K_{5}$的图,更一般地,不包括可以在平面上绘制的具有单个交叉的固定子图$H$的任何图类。这激起了人们的希望,即对于不包括任何固定子图$H$的图类,计算完美匹配可能是多项式时间可解的。在本文中,我们通过一个简单而自包含的论证证明了无$K_{8}$ -minor图的#P-硬度。
2021-08-29 cs.CC cs.DS
Zeros of Holant problems: locations and algorithms
我们提出了完全多项式时间(确定性或随机)的Holant问题的近似方案,定义由一个非负约束函数满足广义二阶递归模一对夫妇的例外情况。因此,三次图上的任何非负Holant问题都有一个有效的近似算法,除非该问题等价于近似计数完美匹配,这是该领域的一个中心开放问题。这与立方图上的2态自旋系统所示的计算相变形成鲜明对比。我们的主要技术是最近建立的图多项式和近似计数的零之间的连接。我们还利用“缠绕”技巧推出了关于三次图的第二个结果。
2018-08-05 cs.DS
Faster Exponential-Time Approximate Counting via Bounded Self-Reductions
University of Queensland(昆士兰大学);UNSW Sydney(新南威尔士大学)
针对多项式时间近似不可行且精确指数时间计数昂贵的计数问题,提出新随机近似算法。通过分解后取平方根等方法,改进了一般图独立集计数等问题的时间界限,还能实现黑盒量子加速,提升了相关计数问题的求解效率。
2026-07-08 cs.DS
Sequential importance sampling for estimating expectations over the space of perfect matchings
本文对二部图中完美匹配数的估计做了三方面的贡献。首先,我们证明了流行的顺序重要抽样算法的工作在多项式时间密集二部图。更仔细地说,我们的算法给出了一个$λ$ -稠密二部图的完美匹配数的$(1\pmε)$ -近似,使用$O(n^{\frac{1-2λ}λε^{-2}})$样本。对于$\frac{1}{2}>λ>0$,每边的大小为$n$,$λ$密集二部图的所有度都大于$(λ+\frac{1}{2})n$ .其次,算法的实际应用需要多次调用匹配算法。提供了一种新的预处理步骤,其做出了显著的改进。第三,提供三种应用。第一个是计算拉丁方,第二个是一个实用的方法来计算贪婪算法的一个卡猜测游戏的反馈,第三个是随机块模型。在所有三个例子中,序贯重要性抽样允许处理合理大规模的实际问题。
2022-07-06 cs.DS math.PR
Inapproximability of Counting Independent Sets in Linear Hypergraphs
本文证明 k-一致线性超图在最大度 Δ≥5·2^{k-1}+1 时近似计数独立集是 NP 难的,从而表明现有采样与近似计数算法的适用度区间近乎紧。
2023-09-28 cs.CC cs.DM cs.DS
Counting cliques and clique covers in random graphs
研究了给定的{\em模板}图(如$H$)在输入的{ \em基}图(如$G$)中的{ \em同构}副本的计数问题.一般认为,精确解决该问题的多项式时间算法不太可能存在。因此,大量的工作已经投入到设计有效的{ \em近似方案}中,特别是当$H$是完美匹配时。在这项工作中,我们提出了有效的近似计划计数$k$ -团,$k$ -独立集和$k$ -团覆盖随机图。我们提出了{ \em完全多项式时间随机逼近方案}(fpras),当$k$至多为$(1+o(1))\log n$时,计算随机图中$n$顶点上的$k$ -团和$k$ -独立集,当$k$为常数时,计算$k$ -团覆盖. [Grimmett和McDiarmid,1975]提出了一个简单的贪心算法,{ \em检测}具有高概率的$G\in \mathcal{G}(n,\frac{1}{2})$中的$(1+o(1))\log_2 n$大小的团(独立集)。没有已知的算法来检测团或具有非零概率的较大尺寸的独立集合。此外,[Coja-Oghlan和Efthymiou,2011]提出了一些证据,表明人们不能希望轻松地改进一个类似的,几乎40年的稀疏随机图的界。因此,我们的结果不太可能轻易得到改善。我们使用一种新的方法来获得一个递归对应的方差的每个估计。然后我们使用相应的递归来上界方差。这使我们得到一个多项式上限的临界比。作为一个旁白,我们还获得了一个替代推导…
2015-03-02 cs.DS
A Generalization of Permanent Inequalities and Applications in Counting and Optimization
多项式$p\in\mathbb{R}[z_1,\dots,z_n]$是实稳定的,如果它在上半复平面中没有根。Gurvits不等式给出了实稳定非负系数多项式$p$的$z_1z_2\dots z_n$单项式的系数的一个下界.这个基本不等式已被用来攻击几个计数和优化问题。在这里,我们研究了一个更一般的问题:给定一个稳定的多线性多项式$p$与非负系数和一组单项式$S$,我们表明,如果通过求和$S$中的所有单项式得到的多项式是真正稳定的,那么我们可以下界的系数之和的$p$是在$S$。我们还证明了这一定理的推广(真正稳定)多项式不是多线性的。利用这个定理给出了Schrijver不等式关于正则二部图完美匹配个数的一个新证明,推广了Nikolov和Singh的一个最近结果,并给出了几个计数问题的确定性多项式时间近似算法.
2017-02-09 cs.DM cs.DS cs.IT
Peeling and Nibbling the Cactus: Subexponential-Time Algorithms for Counting Triangulations and Related Problems
给定平面中的一组$n$点$S$,$S$的三角测量$T$是端点在$S$中的非交叉线段的最大集合。我们提出了一种算法,该算法计算给定的$n$时间点集$n^{(11+ o(1))\sqrt{n} }$上的三角剖分数量,显著改善了Alvarez和Seidel [SoCG 2013]之前$O(2^n n^2)$的最佳运行时间。我们的主要工具是确定分隔符的大小$O(\sqrt{n})$的三角剖分在一个规范的方式。分隔符的定义是基于三角剖分到嵌套层(“仙人掌图”)的分解。基于上述算法,我们开发了一个简单而形式化的框架,可以在$n^{O(\sqrt{n})}$时间内对其他非交叉直线图进行计数。我们证明了有用的框架,将其应用于计数非交叉汉密尔顿循环,生成树,完美匹配,$3$ -可着色三角,连通图,循环分解,四边形,$3$ -经常图,等等。
2016-03-23 cs.CG cs.DM cs.DS
Exact Covers via Determinants
给定一个n个顶点的k-一致超图,将其划分为k个相等的部分,使得每个超边包含来自每个部分的一个顶点,k维匹配问题询问是否存在一个覆盖所有顶点的不相交超边集合。我们证明了它可以用一个随机多项式空间算法在O*(2^(n(k-2)/k))时间内求解。O*()表示法隐藏了n和k中的多项式因子。当我们去掉划分约束,允许任意基数为k的超边时,我们得到了精确的k-集覆盖问题。我们证明了它可以用一个随机多项式空间算法在O*(c_k^n)内求解,其中c_3=1.496,c_4=1.642,c_5=1.721,并给出了k越大时的一般界.这两个结果都大大改进了之前解决这些问题的最佳算法,尤其是对于小k,并且遵循了新的观察结果,即Lovasz通过决定因素进行完美匹配检测(1979)承认嵌入到最近提出的集合包含-排除计数方案中覆盖,尽管它无法计算完美匹配。
2010-02-03 cs.DS
Sampling Arborescences in Parallel
我们研究了从一个可能加权的有向图中抽取一棵均匀随机有向有根生成树(也称为树形图)的问题。传统上,这个问题长期以来一直被认为是多项式时间可解的;树形的确切数量可以通过行列式计算[Tut 48],并且采样可以减少到计数[JVV 86,JS 96]。然而,从抽样到计数的经典减少似乎是内在的顺序。这就提出了设计有效的并行算法进行采样的问题。我们表明,抽样树形可以在RNC中完成。对于几个研究充分的组合结构,计数可以减少到一个行列式的计算,这是已知的NC [Csa 75]。这些包括树形图、平面图完美匹配、有向图中的欧拉之旅和行列式点过程。然而,对这些结构的有效并行采样知之甚少。我们的工作是解决这个谜团的一步。
2020-12-17 cs.DS math.CO math.PR
Pfaffian Pairs and Parities: Counting on Linear Matroid Intersection and Parity Problems
生成树是有效可数的线性拟阵基的代表性例子。二部图的完美匹配是两个矩阵的公共基的一个可数例子。推广了这两个例子,韦伯(2004)引入了普夫朗对的概念,作为一对矩阵,通过柯西-比奈公式可以计算它们的公共基。本文研究线性拟阵问题的计数,扩展了Webb的工作。首先,我们引入“Pfronan parities”作为Pfronan对的线性拟阵奇偶问题的扩展,这是一个常见的推广的线性拟阵相交问题和匹配问题。我们列举组合的例子,Pfweian对和奇偶校验。各种各样的例子表明,Pfweenan对和奇偶校验作为一个统一的框架,有效可数离散结构。基于这个框架,我们得到著名的计数定理,如基尔霍夫的矩阵树定理,Tutte的有向矩阵树定理,Pfronan矩阵树定理,和Lindström-Gessel-Viennot引理。然后,我们的研究转向算法方面。我们观察到,Harvey(2009)和Cheung-Lau-Leung(2014)的线性拟阵交和奇偶问题的最快随机算法可以对Pfronan对和奇偶进行去随机化。我们进一步提出了多项式时间算法来计算加权Pfweian对和奇偶校验的最小权重解的数量。我们的算法利用了加权拟阵交问题的Frank权重分裂引理和Iwata-Kobayashi(2017)给出的加权线性拟阵奇偶问题的代数最优性准则。
2020-05-08 cs.DS math.CO math.OC
Improved Approximation for the Number of Hamiltonian Cycles in Dense Digraphs
提出了一种改进的计算有向图中哈密尔顿圈个数的算法。该方法的基本思想是顺序接受/拒绝,这是成功地用于近似稠密二部图的完美匹配的数量。利用1-因子个数的比值,证明了有向图中Hamilton圈个数的一个新的界。在此基础上,我们证明了我们的算法运行在预期的时间$O(n^{8.5})$密集的问题。这改进了马尔可夫链方法,最强大的现有方法,至少$n^{4.5}(\log n)^{4}$在运行时间的一个因素。这类稠密问题被证明是非平凡的计数,在这个意义上说,它是$#$ P-完全的。
2009-11-21 cs.DM cs.DS
UltraLogLog: A Practical and More Space-Efficient Alternative to HyperLogLog for Approximate Distinct Counting
UltraLogLog 在保持 HyperLogLog 实用特性的同时,通过改进数据结构和估计方法将空间占用降低 17% 至 28%,并已作为开源 Hash4j 库的一部分发布。
2024-06-09 cs.DB cs.DS
Counting and Finding Homomorphisms is Universal for Parameterized Complexity Theory
计算从一个图$H$到另一个图$G$的同态是(参数化)计数复杂性理论的一个基本问题。在这项工作中,我们研究的情况下,\emph{both}图$H$和$G$干给定类的图:$H\in \mathcal{H}$和$G\in \mathcal{G}$。通过这一点,我们结合了这个问题的结构限制的版本,与语言限制的版本。我们的主要结果是一个建设的基础上Kneser图,将每个问题$\tt P$在$\#\mathsf{W[1]}$与两个类的图形$\mathcal{H}$和$\mathcal{G}$,使问题$\tt P$是\emph{equivalent}的问题$\#{\tt HOM}(\mathcal{H}\to \mathcal{G})$计数同态从一个图在$\mathcal{H}$的图在$\mathcal{G}$。鉴于Ladner对$\mathsf{NP}$ -中间问题[J.ACM'75]的存在性及其对参数化设置的适应性的开创性工作,在固定参数易处理和$\#\mathsf{W[1]}$ -完全情况下对类$\#\mathsf{W[1]}$进行分类是不可能的。因此,获得问题$\#{\tt HOM}(\mathcal{H}\to \mathcal{G})$的完整分类似乎是不可能的。此外,我们的证明很容易适应$\mathsf{W[1]}$。在寻找复杂性二分法,因此,我们转向特殊的图形类。这些类包括线图,无…
2021-08-03 cs.CC cs.DM cs.DS
Fast and Accurate Triangle Counting in Graph Streams Using Predictions
University of Padova(帕多瓦大学)
本文提出首个使用预测的图流三角形计数估计算法,结合候车室采样、蓄水池采样与基于节点度数的边重度预测器,在给定内存预算下比现有方法更快更准确。
2024-09-23 cs.DS cs.LG
A Tight Lower Bound for Counting Hamiltonian Cycles via Matrix Rank
对于偶数$k$,匹配连接矩阵$\mathbf{M}_k$编码$k$顶点上的哪对完美匹配形成单个循环。Cygan等人(STOC 2013)表明$\mathbf{M}_k$相对于$\mathbb{Z}_2$的秩是$Θ(\sqrt 2^k)$,并使用该秩给出了一个$O^*((2+\sqrt{2})^{\mathsf{pw}})$时间算法,用于在路径宽度$\mathsf{pw}$的图上对以$2$为模的哈密顿循环进行计数。同样的作者补充了他们的算法,在强指数时间假设(SETH)下有一个本质上紧的下限。该界限关键依赖于$\mathbf{M}_k$中的大置换子矩阵,这使得Lokshtanov等人(SODA 2011)发起的先前相关下限中常用的“模式传播”成为可能。我们提出了一种新的技术,类似的模式传播时,只有一个黑盒子的渐近秩的$\mathbf{M}_k$的下界给出,没有更强的结构的见解,如存在大的置换子矩阵在$\mathbf{M}_k$是必要的。给定适当的秩界,我们的技术产生的下界计数哈密顿循环(也模固定素数$p$)参数化的路径宽度。为了应用这种技术,我们证明了$\mathbf{M}_k$在有理数上的秩是$4^k / \mathrm{poly}(k)$。我们还证明了对于任意素数$p\neq 2$,$\mathbf{M}_k$在$\mathbb{Z}_p$上的秩是$Ω(1.97^k)$,对于某些…
2017-11-21 cs.CC cs.DS math.CO