New variants of Perfect Non-crossing Matchings
Università della Svizzera italiana(瑞士意大利语大学);University of Novi Sad(诺维萨德大学);Technische Universität Berlin(柏林工业大学)
本文研究平面点集的完美非交叉匹配问题,在经典MinMax变体之外,提出并求解MaxMin、MinMin和MaxMax等新优化变体,覆盖单色与双色情形,并为多种点配置设计高效算法。
2021-02-10 cs.CG
Quasi-Parallel Segments and Characterization of Unique Bichromatic Matchings
已知在平面上一般位置上有n个红点和n个蓝点,存在由不相交的线段构成的完美匹配。我们刻画了仅允许一个非交叉匹配的双色点集。我们给这样的集合的几个几何描述,并找到一个O(nlogn)算法,检查是否一个给定的双色集有此属性。
2013-02-18 cs.CG
Flip Distance to a Non-crossing Perfect Matching
在平面中的有限点集$P$上的完美直线匹配$M$是一组线段,使得$P$中的每个点恰好是一个线段的端点。如果$M$中没有两个节段相互交叉,则$M$不交叉。给定具有至少一个交叉的完美直线匹配$M$,我们可以通过翻转操作移除该交叉。翻转操作在点集$Q$上删除两个相交的线段,并添加两个不相交的线段,以获得新的完美匹配$M'$。众所周知,在有限数量的翻转之后,获得非交叉匹配,并且不可能有进一步的翻转。然而,在这项工作之前,没有关于翻转次数的非平凡上限是已知的。如果$g(n)$(分别为~ $k(n)$)是最长(分别为~最短)序列的翻转从任何匹配的大小$n$开始,我们表明,$g(n) = O(n^3)$和$g(n) = Ω(n^2)$(分别为~ $k(n) = O(n^2)$和$k(n) = Ω(n)$)。
2016-01-22 cs.CG cs.DM math.CO
Bichromatic compatible matchings
对于$n$红色点的集合$R$和$n$蓝色点的集合$B$,$BR$匹配是非交叉几何完美匹配,其中每个段具有$B$中的一个端点和$R$中的一个端点。如果两个$BR$匹配的并集也是非交叉的,则它们是兼容的。证明了对于任意两个不同的$BR$ -匹配$M$和$M'$,存在一个$BR$ -匹配序列$M = M_1, ..., M_k = M'$使得$M_{i-1} $与$M_i$相容.这意味着相容双色匹配图的连通性,它包含一个结点和一条连接每对相容匹配的边,从而回答了Aichholzer等人在“Compatible matchings for bichromatic plane straight line graphs”中提出的公开问题
2013-11-26 cs.CG
LUMÁWIG: An Efficient Algorithm for Dimension Zero Bottleneck Distance Computation in Topological Data Analysis
持久性图在轻微扰动下的稳定性是拓扑数据分析在探索真实世界数据中的有效性和日益普及背后的关键特征。这种稳定性的核心是使用瓶颈距离,它需要在图之间匹配点。然而,在实际研究中使用此度量很少并且很少,因为计算障碍,特别是在零维中,计算成本随着数据大小的增长而爆炸。我们提出了LUMÁWIG,一种新的高效算法来计算两个持久图之间的零维瓶颈距离,它运行速度明显更快,并提供了显着更清晰的近似相对于原始算法的输出比任何其他可用的算法。我们绕过压倒性的匹配问题,在以前的实现瓶颈距离,并证明零维瓶颈距离可以恢复从一个非常小的匹配情况。我们表明,LUMAWIG一般享有线性复杂性所示的实证检验。我们还提出了一个应用程序,利用零维持久性图和瓶颈距离产生分类任务的功能。
2020-10-09 cs.CG
Bichromatic Perfect Matchings with Crossings
本文研究凸位置下双色点集的直线完美匹配,证明存在至少 $\frac{3n^2}{8}-\frac{n}{2}+c$ 个交叉的匹配,且该界紧。
2023-09-01 cs.CG math.CO
Dynamic Euclidean Bottleneck Matching
计算几何中的一个基本问题是对于欧几里德空间中的一组输入点,其受到离散变化(在每个时间步插入/删除点),是否可能在次线性更新时间中保持近似瓶颈匹配。在这项工作中,我们肯定地回答这个问题的点在一条真正的线和点在平面上有界几何传播。对于一组$P$上的$n$点的线,我们表明,存在一个动态的算法,保持一个瓶颈匹配的$P$,并支持插入和删除在$O(\log n)$时间。此外,我们表明,该算法的修改版本保持了最小权重匹配与$O(\log n)$更新(插入和删除)时间。接下来,对于一组$P$的$n$点在平面上,我们表明,($6\sqrt{2}$)因子近似的瓶颈匹配的$P_k$,在每个时间步长$k$,可以保持在$O(\logΔ)$摊销时间每次插入和$O(\logΔ + |P_k|)$摊销时间每次删除,其中$Δ$是几何扩散的$P$。
2023-02-21 cs.CG cs.DS
Complexity Results on Untangling Red-Blue Matchings
给定n个红点和n个蓝点之间的匹配的直线段在平面上,我们考虑的问题,通过翻转操作,取代两个交叉段的两个非交叉的,以获得一个交叉自由的匹配。我们首先证明:(i)对于任意常数α,α-逼近最短翻转序列是NP-困难的。第二,我们表明,当红点是共线的,(ii)给定的匹配,翻转序列的长度最多n(n-1)/2总是存在的,和(iii)在任何序列的翻转的数量从来没有超过(n(n-1)/2)(n+4)/6。最后,我们提出了(iv)一个下界翻转序列与大约1.5 n(n-1)/2翻转,这表明,在凸的情况下获得的n(n-1)/2翻转不是最大的,和(v)凸匹配,从任何翻转序列有大约1.5 n翻转。最后四个结果,基于新颖的分析,提高了常数的国家的最先进的界限。
2022-11-22 cs.CG
Sampling-based bottleneck pathfinding with applications to Frechet matching
Tel Aviv University(特拉维夫大学)
我们描述了一个通用的概率框架,以解决各种弗雷歇距离优化问题。具体来说,我们感兴趣的是在给定的起点和目标点之间的$d$维欧氏空间中找到最小的路径,即在连续的成本图上最小化最大值的路径。我们提出了一个有效的和简单的采样为基础的框架,这个问题,这是启发,并借鉴的想法,机器人运动规划的技术。我们扩展的框架,不仅处理标准的瓶颈寻路,但也更苛刻的情况下,路径需要在所有维度上是单调的。最后,我们提供了几种类型的问题上的框架的实验结果。
2016-07-10 cs.CG cs.RO
Geometric Matching and Bottleneck Problems
本文研究点集与几何范围间的多对多最大匹配问题,并将所提技术用于最小瓶颈匹配,在任意固定维度的L∞度量和平面L2度量下分别给出近似线性时间和O(n^{4/3+ε})时间算法。
2023-12-04 cs.CG
Matching in Gabriel Graphs
给定平面上$n$点的集合$P$,$P$上的序- $k$ Gabriel图,记为$k$ - $GG$,在两点$p$和$q$之间有一条边当且仅当直径为$pq$的闭圆盘至多包含$P$的$k$点,不包括$p$和$q$ .研究了$k$ - $GG$图中的匹配问题。我们证明了$P$的一个欧几里德瓶颈完美匹配包含在$10$ - $GG$中,但$8$ - $GG$可能没有欧几里德瓶颈完美匹配.此外,我们还证明了$GG$具有至少为$\frac{n-1}{4}$的大小匹配,并且这个界是紧的.我们还证明了$1$ - $GG$具有至少为$\frac{2(n-1)}{5}$的尺寸匹配和$2$ - $GG$具有完美匹配.最后考虑了$k$ - $GG$的边阻塞问题。
2014-10-02 cs.CG
Advice Complexity of Online Non-Crossing Matching
研究了欧氏空间$2$维平面上的无交叉约束的在线匹配问题。离线版本是由Atallah在1985年推出的,而在线版本是最近由Bose等人推出和研究的。问题的输入由一系列点组成,当一个点到达时,算法可以将其与以前不匹配的点相匹配,前提是与匹配边缘相对应的线段不相交。决策是不可撤销的,虽然最佳离线解决方案总是匹配所有点,但在线算法在最坏情况下无法匹配所有点,除非给出一些辅助信息,即,建议.我们研究这个问题的两个版本-单色(MNM)和双色(BNM)。我们发现,建议的复杂性,最佳解决BNM上的一个圆圈(或更一般地说,在一个凸的位置上的输入)是严格限制的对数的$n^\text{th}$ Catalan数从上面和下面。这一结果纠正了Bose等人先前的结论,即建议复杂度是$\log(n!)$。结果的核心是在线输入的非交叉约束和$n$元素的排列的$231$ -避免属性之间的联系。我们还给出了平面上MNM的建议复杂度的$n/3-1$的下界和$3n$的上界。这给出了一个指数的改善,在以前最好的已知的下限和改善的上限中的领先项的常数。此外,我们建立了一个下界的$\fracα{2}\infdiv{\frac{2(1-α)}α}{1/4}n$的建议复杂性,以实现竞争比$α$的MNM在一个圆圈。建议复杂度的标准工具,如分割树和字符串猜测问题的约简,似乎不适用于MNM/BNM,所以我们必须从第一原理设计我们的下限。
2022-08-29 cs.CG
Point sets with many non-crossing matchings
平面上的一组$n$点可以具有的非交叉直线完美匹配的最大数目已知为$O(10.0438^n)$和$Ω^*(3^n)$。García、Noy和Tejel(2000)提出的下界是通过双链得到的,它具有$Θ(3^n n^{O(1)})$这样的匹配。我们重新证明这个界在一个简化的方式,使用新的概念下自由匹配,并将这种方法应用于其他几个建设。因此,我们改进了下界。首先证明了具有$n$点的双Z形链具有$Θ^*(λ^n)$,这样的匹配与$λ\approx 3.0532$。接下来,我们分析双锯齿链的进一步推广-双$r$ -链。参数的最佳选择导致具有$Θ^*(ν^n)$匹配的构造,具有$ν\approx 3.0930$。这个界限的推导需要分析两个无限向量之间的耦合动态规划递归。
2015-02-17 cs.CG cs.DM math.CO
Long non-crossing configurations in the plane
我们重新审视几个最大化问题的几何网络设计下的非交叉约束,首先研究了阿隆,Rajagopalan和苏里(ACM计算几何研讨会,1993年)。给定一组$n$点在平面上的一般位置(没有三个点共线),计算由直线段组成的最长非交叉配置,即:(a)匹配(b)哈密尔顿路径(c)生成树。本文对(b)和(c)以及Hamilton圈问题得到了新的结果:(i)对于最长不相交Hamilton路问题,我们给出了一个具有比率$\frac{2}{π+1} \approx 0.4829$的近似算法。之前的最佳比例,由于阿隆等人,是$1/π\approx 0.3183$。此外,我们的算法的比率是接近$2/π$在一个相对广泛的类别的情况下:点集的周长(或直径)是远远短于最大长度匹配。该算法在$O(n^{7/3}\log{n})$时间内运行。(ii)对于最长非交叉生成树问题,我们给出了一个在$O(n \log{n})$时间内运行的比率为0.502的近似算法。之前的比例,1/2,由于阿隆等人,通过二次时间算法实现。在此过程中,我们首先用更快的$O(n \log{n})$时间算法和一个非常简单的分析重新推导了Alon等人的结果。(iii)对于最长不相交的Hamilton圈问题,我们给出了一个近似算法,其比在相对广泛的一类实例上接近于$2/π$:对于点集的乘积$\bf{<}$直径$\times$凸包大小$\bf{>}$远小于…
2010-02-03 cs.CG
Disjoint compatibility graph of non-crossing matchings of points in convex position
令$X_{2k}$为平面中凸位置的一组$2k$标记点。我们考虑$X_{2k}$的几何不相交直线完美匹配。两个这样的匹配,$M$和$M'$,如果它们没有公共边,并且没有$M$的边与$M'$的边相交,则是不相交兼容的。用$\mathrm{DCM}_k$表示其顶点对应于这样的匹配的图,并且两个顶点相邻当且仅当对应的匹配是不相交相容的。我们表明,对于每个$k \geq 9$,连接组件的$\mathrm{DCM}_k$形式正是三个同构类-即,有一定数量的同构小组件,一定数量的同构中组件,和一个大组件。精确地确定了中小型部件的数量和结构。
2014-03-21 cs.CG cs.DM math.CO
Untangling Segments in the Plane
本文提出统一框架,研究平面线段集中消除交叉的翻转操作次数,证明对凸位置端点敏感的新界,适用于TSP环游、树、匹配等图结构。
2025-01-21 cs.CG
An Optimal Algorithm for the Euclidean Bottleneck Full Steiner Tree Problem
设$P$和$S$分别是平面中$n$和$m$点的两个不相交的集合。考虑了Steiner树的计算问题,Steiner树的Steiner顶点属于$S$,其中$P$的每一点都是叶子,且最长边长最小.我们提出了一种算法,计算这样的树在$O((n+m)\log m)$时间,提高了以前的最佳结果的对数因子。我们还证明了代数计算树模型的匹配下界。
2013-05-01 cs.CG
On the Longest Flip Sequence to Untangle Segments in the Plane
平面中的一组分段可以形成欧几里德TSP巡回或匹配等。最优TSP旅行以及最小权重完美匹配没有交叉段,但一些几何学和近似算法可能产生具有交叉的解决方案。为了改进这样的解决方案,我们可以连续应用翻转操作,用非交叉段替换一对交叉段。本文考虑对n个段执行的最大翻转次数D(n)。首先,我们提出了减少有关D(n)的不同集合的部分(TSP旅游,单色匹配,红蓝匹配,和多重图)。其次,我们证明了如果除了t点之外的所有点都在凸位置,则D(n)= O(tn^2),提供了凸O(n^2)界和一般O(n^3)界之间的平滑过渡。最后,我们证明了如果我们不计算翻转的总数,而只计算不同翻转的数量,那么立方上界改进为O(n^{8/3})。
2023-03-17 cs.CC cs.CG
Augmenting a Geometric Matching is $NP$-complete
已知平面上的$2n$点,总是存在完美的直线不相交匹配。我们表明,它是$NP$ -完全的决定,如果部分匹配可以增加到一个完美的,通过减少从1-在3-SAT。这一结果也适用于双色匹配。
2012-06-27 cs.CC cs.CG
Bounds on the maximum multiplicity of some common geometric graphs
我们得到新的下限和上限的最大多重性的一些加权和,分别,非加权常见的几何图形绘制在n个点在平面上的一般位置(没有三个点共线):完美匹配,生成树,生成周期(旅游),和三角剖分。(i)我们提出了一个新的下界构造的最大数目的三角剖分的一组n个点在一般的位置可以有。特别地,我们证明了由两个几乎凸链构成的广义二重链允许Ω(8.65 ^n)个不同的三角剖分。这改进了Aichholzer等人研究的双锯齿链构型所得到的界Ω(8.48^n)。(ii)我们给出了由两个凸链组成的双链的非交叉生成树个数的一个新的下界Ω(12.00^n)。之前的界限Ω(10.42^n)在10多年的时间里保持不变。(iii)利用最近Sharir和Sheffer给出的三角剖分数的上限为30^n,我们证明了平面上一般位置的n个点最多允许O(68.62^n)个非交叉生成圈。(iv)我们推导出最大和最小加权几何图(匹配,生成树和旅游)的数量的下界。我们表明,最短的非交叉旅游的数量可以是指数n。同样,我们证明了最长非交叉旅行的数目和最长非交叉完美匹配的数目都可以是n中的指数。此外,我们还证明了在凸位置上存在n个点的集合,其最长非交叉生成树的个数为指数。对于凸位置上的点,我们得到了最长和最短行程数的紧界。我们给出了一个组合的最长的旅游,这导致一个O(nlog n)的时间算法来计算它们的特征。
2011-09-26 cs.CG cs.DM
On flips in planar matchings
本文研究了平面上非交叉完美匹配翻转图的结构。具体来说,考虑在单位圆上等距放置的一组$2n$点上的所有非交叉直线完美匹配。对这种匹配的翻转操作将跨越空四边形的两条匹配边替换为四边形的另外两条边,并且如果四边形包含单位圆的中心,则翻转被称为居中。图$\mathcal{G}_n$以这些匹配作为顶点,并且在翻转中不同的任何两个匹配之间有一条边,并且已知它具有许多有趣的性质。本文主要研究了$\mathcal{G}_n$的生成子图$\mathcal{H}_n$,它是通过取中心翻转对应的所有边,忽略非中心翻转对应的边而得到的.我们发现,图$\mathcal{H}_n$是连接的奇数$n$,但有指数许多小连通组件,甚至$n$,我们的特点和计数通过加泰罗尼亚和广义Narayana数。对于奇数$n$,我们还证明了$\mathcal{H}_n$的直径在$n$中是线性的。进一步,我们确定了所有$n$的$\mathcal{H}_n$的最小度和最大度,并对相应的顶点进行了刻画和计数.我们的结果暗示了在$\mathcal{G}_n$中某些彩虹环的不存在,并且解决了Felsner、Kleist、Mütze和Sering在最近的一篇论文中提出的几个悬而未决的问题和解释。
2020-10-09 cs.CG cs.DM math.CO
Flip Distance to some Plane Configurations
研究了一个古老的平面几何优化问题。给定平面上$n$点集上的一个完美匹配$M$,我们可以通过有限序列的翻转操作将其转换为一个非交叉完美匹配。翻转操作从$M$中删除两条交叉边,并添加两条非交叉边。令$f(M)$和$F(M)$分别表示$M$上翻转序列的最小和最大长度。Bonnet和Miltzow(2016)证明了$f(M)=O(n^2)$,van Leeuwen和Schoone(1980)证明了$F(M)=O(n^3)$。我们证明了$f(M)=O(nΔ)$,其中$Δ$是点集的传播,它被定义为最长和最短的成对距离之间的比率。如果点集具有次线性扩展,则这改进了先前的边界。对于凸位置上的$n$点上的匹配$M$,我们证明了$f(M)=n/2-1$和$F(M)={{n/2} \choose 2}$的上界是紧的. $F(\cdot)$上的任何结合都延续到双色设置,而这对于$f(\cdot)$不一定是真的。让$M'$是一个双色匹配。$f(M')$最为人所知的上限与$F(M')$相同,后者本质上是$O(n^3)$。本文证明了对于凸位置上的点,$f(M')\le n-2$成立;对于半共线点,$f(M')= O(n^2)$成立。翻转操作也可以在生成树上定义。对于凸点集上的生成树$T$,我们证明了$f(T)=O(n\log n)$。
2019-05-02 cs.CG cs.DM
A Weighted Approach to the Maximum Cardinality Bipartite Matching Problem with Applications in Geometric Settings
本文提出了一种计算任意二部图中最大基数匹配的加权方法。我们的主要结果是一个新的算法,作为输入的加权二分图$G(A\cup B,E)$与$0$或$1$的边权重。让$w \leq n$是$G$中任何匹配的权重的上限。考虑由$G$的所有边导出的具有权重$0$的子图。假设这个子图中的每个连通分支都有$\mathcal{O}(r)$顶点和$\mathcal{O}(mr/n)$边。我们提出了一个算法来计算一个最大的基数匹配$G$在$\tilde{\mathcal{O}}( m(\sqrt{w}+ \sqrt{r}+\frac{wr}{n}))$时间。当所有的边权重都是$1$时(当所有的权重都是$0$时是对称的),我们的算法将与著名的Hopcroft-Karp(HK)算法相同,该算法在$\mathcal{O}(m\sqrt{n})$时间内运行。然而,如果我们可以仔细地在其边缘上分配$0$和$1$的权重,使得$w$和$r$在$n$和$wr=\mathcal{O}(n^γ)$中对于$γ< 3/2$都是次线性的,那么我们可以在$o(m\sqrt{n})$时间内计算$G$中的最大基数匹配。利用我们的算法,我们得到了一个新的$\tilde{\mathcal{O}}(n^{4/3}/\varepsilon^4)$时间算法来计算$A,B\subset\mathbb{R}^2$的$\varepsilon$-近似…
2019-03-25 cs.CG cs.DS
Long Alternating Paths Exist
令$P$是一组处于凸位置的$2n$点,使得$n$点被着色为红色,$n$点被着色为蓝色。长度为$\ell$的$P$上的非交叉交替路径是来自$P$的$\ell$点的序列$p_1, \dots, p_\ell$,使得对于$i \neq j$,(i)所有点是成对不同的;(ii)任何两个连续点$p_i$、$p_{i+1}$具有不同的颜色;以及(iii)任何两个段$p_i p_{i+1}$和$p_j p_{j+1}$具有不相交的相对内部。我们证明了存在一个独立于$n$和着色的绝对常数$\varepsilon > 0$,使得$P$总是存在一条长度至少为$(1 + \varepsilon)n$的非交叉交替路径.通过一个稍微强有力的陈述得到了这个结果:在$P$的至少$(1 + \varepsilon)n$点上总是存在一个不相交的双色分离匹配。这是一个正确着色的匹配,其片段成对不相交并被公共线相交。对于这两个版本,这是第一次改进的$n$容易获得的下限的一个附加项线性$n$。最著名的已发表的上界是渐进的顺序$4n/3+o(n)$。
2020-03-30 cs.CG cs.DM math.CO