A New Conjecture on Hardness of Low-Degree 2-CSP's with Implications to Hardness of Densest $k$-Subgraph and Other Problems
我们提出了一个关于低次$2$ -CSP's的硬度的新猜想,并证明了Denmark $k$ -Subgraph和其他几个问题,包括图划分问题和图交叉数问题的一个变体的逼近结果的新硬度都来自这个猜想.该猜想可以被视为占据了$d$到$1$猜想和$2$ -CSP的硬度结果之间的中间地带,该硬度结果可以通过标准技术获得,例如与用于3SAT问题的标准$2$ -证明器协议相结合的并行重复.我们希望这项工作将激励进一步探索的硬度$2$ -CSP的制度所产生的猜想。我们相信,一个积极的解决方案的猜想将提供一个很好的起点,进一步的硬度近似证明。我们工作的另一个贡献是证明我们考虑的问题从近似的角度来看是大致等价的。这些问题中的一些出现在以前的工作中,从那里看来,它们可能是相互关联的。我们在这项工作中正式确立了这种关系。
2022-11-10 cs.CC cs.DS
On Subgraph Isomorphism
本文明确地表示子图同构的多项式大小的非对称线性系统。
2008-08-14 cs.CC cs.DM cs.DS
Complexity of induced subgraph isomorphism and maximum common induced subgraph parameterized by cluster vertex deletion number
The University of Tokyo(东京大学);CyberAgent;Nagoya University(名古屋大学)
该研究以簇顶点删除数$k$为参数,证明ISI可在随机化$O^*(k^{O(k)})$时间内求解,MCIS可在随机化$O^*(2^{O(k^2)})$时间内求解且更难,还证明3-MCIS在$k=2$时为NP难,解决了开放问题并给出相关下界。
2026-08-05 cs.DS
$Δ$-Motif: Parallel Subgraph Isomorphism via Tabular Operations for Scalable Layout Selection
Q-CTRL Inc.(Q-CTRL公司);Oxford Quantum Circuits(牛津量子电路);NVIDIA(英伟达)
Δ-Motif通过表格操作实现并行子图同构,利用数据库原语提升GPU性能,应用于量子电路编译,解决关键瓶颈。
2026-09-04 cs.DS
Efficient Implementation of Color Coding Algorithm for Subgraph Isomorphism Problem
考虑子图同构问题,其中给定两个图G(源图)和F(模式图),一个是判定G是否有一个(不一定是导出的)子图同构于F。虽然已经为该问题开发了许多实用的启发式算法,但正如McCreesh等人所指出的那样。[JAIR 2018],对于每一种算法,都有相当小的实例无法处理。因此,开发一种可能应对这些困难情况的替代方法将是有意义的。Alon、Yuster和Zwick的开创性论文[J.ACM 1995]介绍了解决该问题的颜色编码方法,其中主要部分是颜色子集和部分映射上的动态规划。与许多指数时间动态规划算法一样,内存需求构成了其使用的主要限制因素。因为这些要求随着图案图的树宽呈指数增长,所以基于颜色编码原理的所有现有实现将它们自身限制于特定图案图,例如,道路或树木。相比之下,我们提供了一个有效的实现算法显着降低其内存需求,使其可以用于模式图的更大的树宽。此外,我们的实现不仅决定了同构子图的存在,但它也列举了所有这样的子图(或给定数量的)。我们提供了一个广泛的实验比较,我们的实现其他可用的解决方案的问题。
2019-08-29 cs.DS
Planar Subgraph Isomorphism Revisited
子图同构问题的定义如下:给定一个模式H和一个n个顶点的主图G,G是否包含一个与H同构的子图?Eppstein [SODA 95,J 'GAA 99]给出了第一个线性时间算法,用于固定大小模式的子图同构,比如阶数k和任意平面主图,改进了O(n^ \sqrt{k})-时间算法,当使用Alon等人[J' ACM 95]的“颜色编码”技术时。Eppstein算法的时间复杂度为k^O(k)n,也就是说,对k的依赖是超指数的。我们解决了Eppstein的论文中提出的一个公开问题,并将运行时间提高到2^O(k)n,即在k中保持单指数,而在n中保持项线性。在判定子图同构之后,我们可以构造一个解并在相同的渐近运行时间内枚举所有解。我们可以列出w个子图,在我们的算法的运行时间O(w k)的加法项。我们介绍了“嵌入式动态规划“的技术,适当结构化的图分解,它利用的拓扑结构的底层嵌入的子图模式(而不是主机图)。为了实现我们的结果,我们给出了一个上限的部分解决方案的数量在每个动态规划步骤作为一个功能的模式大小-事实证明,平面子图同构问题,该功能是单指数的顶点数的模式。
2009-09-25 cs.DM cs.DS
New Subgraph Isomorphism Algorithms: Vertex versus Path-at-a-time Matching
在许多应用领域中,图被广泛用于对复杂的数据语义进行建模。本文提出了两个新的有效算法Fast-ON和Fast-P来解决子图同构问题。这两种算法都是在Ullman算法[Ullmann 1976]的基础上,分别采用逐点匹配和逐路径匹配的方式,并采用有效的算法来切割搜索空间。与已有的算法相比,Fast-ON和Fast-P算法在密集和稀疏图数据上的速度都提高了1-4个数量级。
2019-04-18 cs.DB cs.DS
Empirical Analysis of Common Subgraph Isomorphism Approaches to the Lost-in-Space Star Identification Problem
识别恒星的过程是航天器中基于恒星的方位确定的一个组成部分。恒星识别涉及将天空图像中的点与天文目录中的恒星进行匹配。建立了一个统一的识别框架,并用于分析六种不同的方法,基于他们的方法来识别恒星集,获得一个单一的图像,目录恒星集匹配,并唯一地映射到一个目录恒星集的图像恒星集中的每一颗恒星。每种方法都被呈现为一个人工图像,并且每个过程之间可互换的方面被归一化。对于一幅含有虚假恒星的图像,金字塔方法具有最高的平均精度,并且是六种方法中最快的。给定一幅图像,其中每颗恒星的真实位置是随机分布的(高斯噪声),球面三角形方法的精度是最不敏感的。
2018-08-27 cs.DS
Conditional Lower Bound for Subgraph Isomorphism with a Tree Pattern
kTree问题是子图同构的一种特殊情况,其中模式图是一棵树,也就是说,输入是一个$n$ -节点图$G$和一个$k$ -节点树$T$,目标是确定$G$是否有一个与$T$同构的子图.我们提供的证据表明,该问题的计算速度不能明显快于$2^{k} \textsf{poly}(n)$,这与Koutis和Williams已知的该问题的最快算法相匹配[ICALP 2009和TALG 2016]。具体来说,我们证明了如果kTree可以在时间$(2-\varepsilon)^k \textsf{poly}(n)$中求解某些常数$\varepsilon>0$,那么具有$n'$元素和$m'$集合的集合覆盖可以在时间$(2-δ)^{n'} \textsf{poly}(m')$中求解常数$δ(\varepsilon) > 0$,这将反驳Cygan等人的集合覆盖猜想。[CCC 2012和TALG 2016]。我们的技术产生了一个新的算法的p-部分覆盖问题,一个参数化版本的集覆盖,需要覆盖至少$p$元素(而不是所有元素)。对于任何固定的$\varepsilon>0$,其运行时间为$(2+\varepsilon)^p (m')^{O(1/\varepsilon)}$,这改进了Zehavi [ESA 2015]之前的$2.597^p \textsf{poly}(m')$时间算法。我们的运行时间几乎是最优的,因为$(…
2018-04-09 cs.DS
Parallel Planar Subgraph Isomorphism and Vertex Connectivity
我们提出了第一个并行固定参数算法的子图同构的平面图,有界亏格图,更一般地说,所有的局部有界树宽的小封闭图。我们的随机低深度算法对目标图的大小具有接近线性的工作依赖性。现有的低深度算法不能保证工作保持渐近相同的任何恒定大小的模式。通过使用到某些分离圈的连接,我们的子图同构算法可以在渐近近线性工作和多对数深度下确定平面图的顶点连通性(具有很高的概率)。以前,在平面图中没有次二次功和多对数深度界(特别是用于区分四连通和五连通平面图)。
2020-07-02 cs.DC cs.DS
Subgraph Isomorphism: Prolog vs. Conventional
Computer Science and Engineering University of Notre Dame(圣母大学计算机科学与工程)
本文通过对比Prolog逻辑编程与传统方法,探讨了在处理复杂图模式时逻辑编程的高效性及其实现细节。
2026-01-12 cs.DS cs.LO
Graph Isomorphism for Graph Classes Characterized by two Forbidden Induced Subgraphs
我们研究了图类的图同构问题的复杂性,其特征在于由有限数量的禁止诱导子图,主要集中在两个禁止子图的情况下。我们显示硬度的结果和开发技术的结构分析,这样的图形类,适用于两个禁止的子图的情况下,给出了以下结果:二分法到同构完整的多项式时间可解的图形类的所有,但许多情况下,每当禁止的图形是一个集团,一个泛,或补充这些图形。进一步减少剩余的开放的情况下,我们表明,(相对于图同构)禁止泛相当于禁止一个大小为3的集团。
2012-08-02 cs.CC cs.DM cs.DS
SubGraD- An Approach for Subgraph Detection
提出了一种新的图匹配方法,有效地解决了图同构和子图同构问题。在本文中,我们介绍了一种新的方法,称为SubGraD,在源图中的查询图检测。首先考虑模型图(查询图),并从所选的初始节点或起始点开始,将可能的集合称为模型集合。类似地,对于源图(参考图),可以生成所有可能的集合,称为参考集合。我们的目标是在模型集的基础上建立参考集。如果可以建立引用集,则可以说在源图中已经检测到查询图。
2012-05-22 cs.DS
Faster Algorithms for Finding and Counting Subgraphs
In this paper we study a natural generalization of both { \sc $k$ -Path} and { \sc $k$ -Tree} problems, namely, the { \sc Subgraph Isomorphism} problem. In the { \sc Subgraph Isomorphism} problem we are given two graphs $F$ and $G$ on $k$ and $n$ vertices respectively as an input, and the question is whether there exists a subgraph of $G$ isomorphic to $F$ . We show that if the treewidth of $F$ is at most $t$ , then there is a randomized algorithm for the { \sc Subgraph Isomorphism} problem running in time $\cO^*(2^k n^{2t})$ . To do so, we associate a new multivariate {Homomorphism polynomial…
2009-12-11 cs.DM cs.DS
On Finding Dense Common Subgraphs
我们研究了最近引入的问题,找到密集的公共子图:给定一个序列的图,共享相同的顶点集,目标是找到一个子集的顶点$S$,最大化一些聚合措施的密度诱导$S$在每个给定的图的子图。聚合函数的不同选择引起了最近研究的问题的变体。我们解决了许多遗留的问题,以前的作品,显示NP-硬度,硬度的近似,非平凡的近似算法,和一个完整的差距自然放松。
2018-02-18 cs.CC cs.DS
On the Complexity of Various Parameterizations of Common Induced Subgraph Isomorphism
在最大公共导出子图问题(以下简称MCIS)中,给定两个图$G_1$和$G_2$,寻找一个顶点数最多的图,该图既是$G_1$的导出子图,又是$G_2$的导出子图。MCIS是研究最多的经典NP难问题之一。它在包括森林在内的许多图类上仍然是NP难的。本文研究了MCIS的参数化复杂性。作为\textsc{Clique}的推广,它是W[1]-难参数化的.由于即使在森林问题上也是NP困难的,大多数结构参数化都是棘手的。我们必须通过最小顶点覆盖的大小来参数化,以获得一些可处理性。事实上,当通过$k := \text{vc}(G_1)+\text{vc}(G_2)$参数化两个输入图的顶点覆盖数之和时,该问题被证明是固定参数易处理的,具有在时间上运行的算法$2^{O(k \log k)}$。我们通过证明,除非ETH失败,否则它无法及时解决$2^{o(k \log k)}$来补充这个结果。这种紧的下界已经被证明是一些问题和参数,但据我们所知,不是顶点覆盖数。我们还表明,MCIS不具有多项式内核时,$k$参数化,除非$NP \subseteq \mathsf{coNP}/poly$。最后,我们研究了MCIS和它的连通变体MCCIS在一些特殊的图类和关于其他结构参数。
2017-02-22 cs.DS
Finding Order-Preserving Subgraphs
本文研究了有序子图同构及其推广最大公共有序子图问题,证明了其在受限图类上的NP完全性,揭示了OSI与OISI的计算复杂度差异,并发现问题的可处理性依赖于特定顶点顺序。
2025-07-16 cs.DS
Static Graph Challenge: Subgraph Isomorphism
图形分析系统的兴起创造了对测量和比较这些系统的能力的方法的需求。图分析存在独特的可扩展性困难。几十年来,机器学习、高性能计算和可视化分析社区一直在努力解决这些困难,并开发了一些方法来应对挑战,以推动这些社区向前发展。所提出的子图同构图挑战借鉴了来自机器学习、高性能计算和视觉分析的先前挑战,以创建反映许多现实世界图分析处理系统的图挑战。Subgraph Isomorphism Graph Challenge是一个具有多个集成内核的整体规范,这些内核可以一起运行或独立运行。每个内核都有很好的数学定义,可以在任何编程环境中实现。子图同构适用于以顶点为中心的实现和基于数组的实现(例如,使用GraphBLAS.org标准)。计算非常简单,可以基于简单的计算硬件模型进行性能预测。周围的内核为每个内核提供上下文,允许严格定义每个内核的输入和输出。此外,由于所提出的图挑战在问题大小和硬件方面都是可扩展的,因此它可以用于测量和定量比较当今和未来的各种系统。C++,Python,Python with Pandas,Matlab,Octave和Julia的串行实现已经实现,并且已经测量了它们的单线程性能。规格、数据和软件可在GraphChallenge. org上公开获取。
2017-08-23 cs.DC cs.DS
Structure Theorem and Isomorphism Test for Graphs with Excluded Topological Subgraphs
本文将Robertson和Seymour关于不包含固定图$H$作为子图的图的结构定理推广到不包含$H$作为拓扑子图的图.我们证明了,对于一个固定的$H$,每个图排除$H$作为一个拓扑子图有树分解,其中每个部分是“几乎嵌入”到一个固定的表面或有界的程度,除了一个有限的顶点数。此外,我们证明了这样的分解是可计算的算法,是固定参数易处理的参数$|H|$。我们提出了我们的结构定理的两个算法应用。为了说明一个“典型”的应用结构定理的力学,我们表明,在图不包括$H$作为一个拓扑子图,部分支配集(找到$k$顶点的封闭邻域具有最大的大小)可以解决时间$f(H,k)\cdot n^{O(1)}$时间。更重要的是,我们表明,在图不包括$H$作为拓扑子图,图同构可以解决的时间$n^{f(H)}$。这一结果统一和推广了两个已知的重要的多项式时间可解的图同构的情况:有界度图和$H$ -小自由图。这个结果的证明需要我们的结构定理的一个推广到不变的树状分解的上下文中。
2014-11-13 cs.DM cs.DS math.CO
The Set Cover Conjecture and Subgraph Isomorphism with a Tree Pattern
在集合覆盖问题中,输入是$n$元素的基础集合和$m$集合的集合,目标是找到集合的最小子集合,其并集是整个基础集合。已知的最快算法在时间上运行$O(mn2^n)$ [Fomin等人,WG 2004]和集合覆盖猜想(SeCoCo)[Cygan等人,TALG 2016]断言,对于每个固定的$\varepsilon>0$,没有算法可以在时间上求解集合覆盖$2^{(1-\varepsilon)n}poly(m)$,即使集合大小受$Δ=Δ(\varepsilon)$限制。我们这个问题和kTree,一个特殊的情况下,子图同构的输入是一个$n$ -节点图$G$和$k$ -节点树$T$之间的强连接,目标是确定是否$G$有一个子图同构$T$。首先,我们提出了一个较弱的猜想Log-SeCoCo,它允许大小为$Δ=O(1/\varepsilon \cdot\log n)$的输入集,并表明打破Log-SeCoCo的算法将意味着比当前已知的用于定向nTree的$2^n poly(n)$时间算法[Koutis和Williams,TALG 2016]更快的算法,该定向nTree是具有$k=n$和$G$和$T$边缘的任意方向的kTree。这也将改善定向哈密尔顿性的运行时间,尽管进行了广泛的研究,但已知没有比$2^n poly(n)$明显更快的算法。其次,我们证明,如果集合覆盖不能比$2^npoly(m)$更快地解决…
2019-01-16 cs.DS
Hardness and Approximation for Network Flow Interdiction
在网络流阻断问题中,攻击者攻击网络以最小化最大s-t-流。很少有人知道这个问题的近似性,尽管几十年来的兴趣,我们提出了第一近似硬度,表明网络流阻断和它的几个变种不能更容易近似比Denmark-子图。特别地,用于网络流阻断的任何$n^{o(1)}$ -近似算法将意味着用于Denmark-子图的$n^{o(1)}$ -近似算法。我们补充这个硬度的结果与第一近似算法的网络流阻断,它具有近似比2(n-1)。我们还表明,网络流阻断本质上是相同的简化最小s-t-割问题,并转移我们的结果给出了第一近似硬度和算法的问题,以及。
2015-11-08 cs.DS math.OC
Current Algorithms for Detecting Subgraphs of Bounded Treewidth are Probably Optimal
子图同构问题是计算机科学中一个非常重要的问题。我们研究的问题时,模式图H是有界树宽,发生在各种应用程序。这个问题有一个通过颜色编码的公知算法,该算法在时间上运行$O(n^{tw(H)+1})$ [Alon,Yuster,Zwick'95],其中$n$是主图$G$的顶点数。虽然存在已知的模式图,其中子图同构可以在$O(n^{tw(H)+1-\varepsilon})$的改进的运行时间中或者甚至更快地(例如,对于$k$ -团)被求解,但是不知道这样的改进是否对于所有模式都是可能的。唯一已知的下界排除了时间$n^{o(tw(H) / \log(tw(H)))}$的任何类模式的无限树宽度假设指数时间假说[马克思'07]。本文证明了需要时间$n^{tw(H)+1-o(1)}$的极大硬模式图$H$的存在性。具体来说,在强指数时间假设(SETH),一个标准的假设,从细粒度复杂性理论,我们证明了以下渐近声明的大树宽$t$:对于任何$\varepsilon > 0$存在$t \ge 3$和模式图$H$的树宽$t$,使模式$H$上的子图同构没有算法运行的时间$O(n^{t+1-\varepsilon})$。在最近的3-均匀Hyperlique假设下,我们甚至得到了每个特定树宽$t \ge 3$的紧下界:对于任何$t \ge 3$,存在树宽$t$的模式图$H$,使得对于任何$\varepsilon>0$…
2021-05-11 cs.CC cs.DS
Isomorphism Testing for Graphs Excluding Small Topological Subgraphs
针对排除h顶点拓扑子图的n顶点图,提出运行时间为$n^{\text{polylog}(h)}$的同构测试,统一并扩展了此前关于最大度d、Hadwiger数h的图同构测试结果。
2024-03-06 cs.DM cs.DS math.CO
Algorithms and Hardness Results for the Maximum Balanced Connected Subgraph Problem
平衡连通子图问题(BCS)最近由Bhore等人引入(CALDAM 2019)。在这个问题中,我们给出了一个图$G$,其顶点被着色为红色或蓝色。我们的目标是找到一个最大连通子图的$G$具有相同数量的蓝色顶点和红色顶点。他们证明了这个问题即使在平面图、二部图和弦图上也是NP困难的。他们也给出了一些肯定的结果:BCS对于树可以在$O(n^3)$时间内求解,对于分裂图和适当着色的二部图可以在$O(n + m)$时间内求解,其中$n$是顶点数,$m$是边数。在本文中,我们表明BCS可以解决在$O(n^2)$时间的树和$O(n^3)$时间的区间图。前者的结果可以推广到有界树宽图。我们还考虑了BCS的加权版本(WBCS)。我们证明了这个变种是弱NP-硬甚至在星图和强NP-硬甚至分裂图和适当着色的二分图,而unweighted对应的是听话的这些图类。最后,我们考虑一般图的精确指数时间算法。我们表明,BCS可以解决$2^{n/2}n^{O(1)}$时间。该算法基于Steiner树问题的Dreyfus-Wagner算法的一个变体。
2020-03-09 cs.DS math.CO
Counting Patterns in Degenerate Graphs in Constant Space
IIT Gandhinagar(印度理工学院 gandhinagar);Université Libre de Bruxelles(布鲁塞尔自由大学)
本文引入DAG树深度参数,在常数空间内高效计数退化宿主图中的同态、子图同构和诱导子图同构,并给出模式图的诱导子图刻画。
2026-07-01 cs.DS
Parametric Graph Templates: Properties and Algorithms
层次结构和重复在源于自然或工程的图中普遍存在。这些模式可以用一类参数结构图来表示,这些参数结构图是由模板定义的,这些模板通过重复实例化的方式生成结构。我们提出了一类参数图模板,可以简洁地表示各种各样的图形。使用参数图模板,我们开发了结构参数算法的变种最大流,最小割,树子图同构。我们的算法是多项式时间的最大流和最小割和树子图同构的树子图的大小参数时,是固定参数易处理的。通过对重复子图的结构进行推理,避免了显式构造实例化。此外,我们展示了如何参数图模板可以恢复从一个实例化的图在准多项式时间当某些参数的图形是有界的。因此,参数图模板和所提出的算法技术为推理图的生成结构而不是其实例创造了机会。
2020-11-13 cs.DS
Everything you always wanted to know about the parameterized complexity of Subgraph Isomorphism (but were afraid to ask)
给定两个图$H$和$G$,子图同构问题询问$H$是否同构于$G$的子图。虽然NP-困难一般,算法存在的各种参数化版本的问题:例如,该问题可以解决(1)在时间$2^{O(|V(H)|)}\cdot n^{O(\tw(H))}$使用的颜色编码技术的阿隆,Yuster,和Zwick;(2)在时间$f(|V(H)|,\tw(G))\cdot n$使用Courcelle定理;(3)在时间$f(|V(H)|,\genus(G))\cdot n$使用的结果,一阶模型检验的弗里克和Grohe;或者(4)使用Matoušek和Thomas的算法,对于连接的$H$,在时间上为$f(\maxdeg(H))\cdot n^{O(\tw(G)})$。这个小样本的结果已经表明,算法依赖于参数的方式是非常重要和微妙的。我们为$H$和$G$中的每一个开发了一个包含10个相关参数的框架(如树宽、路宽、亏格、最大度、顶点数、组件数等),并询问是否存在具有运行时间\[ f_1(p_1,p_2,..., p_\ell)\cdot n^{f_2(p_{\ell+1},..., p_k)} \]的算法,其中每个$p_1,..., p_k$是仅取决于$H$或$G$的10个参数之一。我们表明,{ \em所有}在这个框架中出现的问题回答了一组11个最大的积极的结果(算法)和一组17个最大的消极的结果(硬度证明),其中一些结果已经出…
2013-08-25 cs.CC cs.DS
Induced Minor Free Graphs: Isomorphism and Clique-width
给定两个图$G$和$H$,我们说$G$包含$H$作为导出子图,如果一个图同构于$H$,可以从$G$通过一系列的顶点删除和边收缩得到.本文研究了图同构的复杂性,其中不包括一个固定的图作为诱导子图。更准确地说,我们确定每个图$H$,图同构是多项式时间可解的$H$ -诱导-次要-自由图或它是GI-完全的。此外,我们还对那些$H$ -诱导-子图-自由图具有有界宽度的图$H$进行分类。这两个结果补充了类似的二分法的图,排除一个固定的图作为诱导子图,未成年人,或子图。
2016-05-27 cs.DM cs.DS
Polynomial integrality gaps for strong SDP relaxations of Densest k-subgraph
Denk-subgraph(DkS)问题(即寻找一个最大边数为k的子图)是近似算法中著名的问题之一。在已知的DkS的上限和下限之间存在显著的差距:当前最好的算法给出~ O(n^{1/4})近似,而即使显示小的常数因子硬度也需要比P!NP.除了对设计更好的算法感兴趣之外,最近的一些结果利用了Denmark-子图及其变体的约束硬度。因此,理解DkS的可近似性是一个重要的挑战。在这项工作中,我们给出了证据的硬度近似DkS内多项式的因素。具体地说,我们揭示了SDP层次的强半定规划在求解Denmark-子图时的局限性。我们的成果包括:* DkS的Sherali-Adams松弛的Omega(log n/log log n)轮的完整性间隙的Omega(n^{1/4}/log^3 n)的下限。这也适用于从Sherali-Adams获得的松弛与添加的SDP约束。我们的间隙实例实际上是Erdos-Renyi随机图。* 对于每个ε> 0,DkS的Lasserre SDP松弛的n^{Omega(eps)}轮的完整性间隙的下限为n^{2/53-eps},并且n ^{1-eps}轮的完整性间隙为n^{Omega_eps(1)}。我们的建设收益通过减少从随机实例的某个Max-CSP在大域。在缺乏DkS的不可近似性结果的情况下,我们的结果表明,即使是最强大的SDP也无法击败n^{Omega(1)}的因子,事实上,…
2011-10-06 cs.CC cs.DS
Beating Treewidth for Average-Case Subgraph Isomorphism
对于任何固定图$G$,子图同构问题询问$n$ -顶点输入图是否具有与$G$同构的子图。Alon、Yuster和Zwick(1995)的一个著名算法有效地将其简化为问题的“着色”版本,表示为$\mathsf{SUB}$,然后在时间上求解$\mathsf{SUB}$,其中$tw(G)$是$G$的树宽。Marx(2010)证明了$G$ - $\mathsf{SUB}$需要时间$Ω(n^{\mathrm{const}\cdot tw(G)})$,并假设指数时间假设,证明了对于特定的图形参数$emb(G) \ge Ω(tw(G)/\log tw(G))$,$Ω(n^{\mathrm{const}\cdot emb(G)})$的下界。关于在平均情况下求解$\mathsf{SUB}$电路的大小,Li,Razborov和Rossman(2017)证明了不同图形参数$κ(G) \ge Ω(tw(G)/\log tw(G))$的$O(n^{2κ(G)+\mathrm{const}})$和$Ω(n^{κ(G)})$的(无条件)上界和下界。我们的贡献如下。首先,我们证明了$emb(G)$是$O(κ(G))$,对所有的图$G$。接下来,我们证明了$κ(G)$可以渐近小于$tw(G)$ ;例如,如果$G$是超立方体,则$κ(G)$是$Θ\big(tw(G)\big/\sqrt{\log tw(G)}\big)…
2020-11-03 cs.CC cs.DM cs.DS
Efficient Isomorphism for $S_d$-graphs and $T$-graphs
$H$ -图是由Biró,Hujter和Tuza(1992)引入的一个可表示为固定图$H$的适当细分的连通子图的交图。一个$H$ -图是适当的,如果$H$-图的表示子图可以通过包含不可比较地选择.本文主要研究了$S_d$ -图和$T$ -图的同构问题,其中$S_d$是具有$d$射线的星,$T$是任意固定树.为了解决Chaplick,Töpfer,Voborn\'ık和Zeman(2016)的一个公开问题,我们提供了一个FPT时间算法,用于测试同构并计算$S_d$ -图的自同构群,当参数为~ $d$时,其中涉及Furst,Hopcroft和Luks(1980)的经典群计算机器。我们还表明,$S_d$ -图的同构问题是至少一样困难的有界宽度的偏序集的同构问题,没有有效的组合唯一的算法是已知的日期。然后,我们将我们的方法扩展到$T$ -图的同构的XP-时间算法时,参数化的大小$T$。最后,我们贡献了一个简单的FPT时间组合算法同构测试的特殊情况下,适当的$S_d$ -和$T$ -图。
2022-03-23 cs.DM cs.DS
Exact and Approximate Pattern Counting in Degenerate Graphs: New Algorithms, Hardness Results, and Complexity Dichotomies
研究了$d$ -退化$n$-顶点图$G$中的$k$ -顶点图$H$的同态计数、副本计数和诱导副本计数问题.我们的主要结果建立了详尽和明确的复杂性分类计数子图和诱导子图。我们发现,$G$中的$H$(不一定是诱导的)拷贝可以在时间$f(k,d)\cdot n^{\max(\mathsf{imn}(H),1)}\cdot \log n$中计数,其中$f$是一些可计算的函数,$\mathsf{imn}(H)$是$H$的最大诱导匹配的大小。只要允许模式类具有无界的诱导匹配数,该算法本质上是最优的:除非指数时间假设(ETH)失败,否则对于任何函数$f$,没有算法在时间上运行$f(k,d)\cdot n^{o(\mathsf{imn}(H)/\log \mathsf{imn}(H))}$。在计数诱导子图的情况下,我们得到了一个类似的分类:我们可以在时间$f(k,d)\cdot n^{α(H)}\cdot \log n$上计数$G$中的诱导子图$H$的拷贝数,如果允许模式类具有无界的独立数,则在时间$f(k,d)\cdot n^{o(α(H)/\log α(H))}$上运行的算法是不可能的,除非ETH失败.在语言的参数化的复杂性,我们的结果产生二分法在固定参数易处理和$\#\mathsf{W}[1]$ -硬的情况下,如果我们参数化的模式和退化的主机图的大小。我们的结果意味着,除非ETH失败,否则几…
2021-06-01 cs.CC cs.DS
HiPerMotif: Novel Parallel Subgraph Isomorphism in Large-Scale Property Graphs
HiPerMotif提出以边为中心的初始化与状态注入策略,结合结构重排序和高效验证器,在大规模属性图上实现并行子图同构,相对最先进基线加速高达66倍,并能处理现有方法因内存限制无法处理的1.47亿条边H01连接组数据集。
2025-07-05 cs.DC cs.DS
Finding a Maximum Common (Induced) Subgraph: Structural Parameters Revisited
Kyushu University(九州大学);Nagoya University(名古屋大学)
本文研究了寻找两个图最大公共子图问题的参数化复杂性,通过参数化最大叶数、邻域多样性和双覆盖数,展示了固定参数可 tractable 的情况,并揭示了诱导和非诱导问题在双覆盖数下的不同复杂性。
2025-12-06 cs.DS
Structural Equivalence in Subgraph Matching
对称性在子图匹配中起着重要的作用,无论是在描述所讨论的图还是在它如何混淆搜索过程中。这项工作解决了如何量化这些影响,以及如何使用对称性,以提高效率的子图同构算法。我们引入严格的定义结构等价,并建立条件时,它可以安全地用于生成更多的解决方案。我们说明了如何适应标准的搜索例程,利用这些对称性,以加速搜索和competencies描述的解决方案空间。然后,我们采用了最先进的求解器,并进行了一系列全面的测试,以证明这些方法在标准基准集上的有效性。我们将这些方法扩展到多路复用图,并在从交通系统,社交媒体,对抗攻击和知识图谱绘制的大型多路复用网络上呈现结果。
2023-01-09 cs.DS
Mining Patterns in Networks using Homomorphism
近年来,许多算法已被开发用于在图和网络中发现模式。这些算法的一个缺点是,它们使用子图同构来确定图模式的支持度;子图同构是一个众所周知的NP完全问题。在本文中,我们提出了另一种方法,挖掘树模式在网络中使用子图同态。同态的优点是它可以在多项式时间内计算,这使我们能够开发一种算法,在增量多项式时间内挖掘任意图中的树模式。但是同态有两个问题是同构所没有的:(1)两个不同大小的模式可以等价;(2)无限大小的模式可以频繁出现。在本文中,我们正式这些问题,并研究解决方案,很容易适合我们的算法。
2011-10-14 cs.DS cs.SI physics.soc-ph
Recognition and Isomorphism of Proper $\boldsymbol{U}$-graphs in FPT-time
$H$ -图是固定图$H$的适当细分的连通子图的交图。许多重要的图类,包括区间图、圆弧图和弦图,都可以表示为$H$ -图,特别地,每个图对于合适的图$H$都是$H$ -图。一个$H$ -图称为真图,如果它有一个表示,其中没有一个子图正确地包含另一个。考虑了真$U$ -图的识别和同构问题,其中$U$是单圈图.证明了对某些$U$,判定一个图是否为(真)$U$ -图是NP-困难的.在积极的一面,我们给出了一个FPT时间识别算法,参数化的$\vert U \vert$。作为应用,我们得到了用$\vert U \vert$参数化的真$U$ -图的FPT-时间同构算法。为了补充这一点,我们证明了(正常)$H$ -图的同构问题,是一样困难的一般同构问题,每个固定的$H$这不是单圈的。
2022-06-27 cs.CC cs.DM cs.DS
Simple Reductions from Formula-SAT to Pattern Matching on Labeled Graphs and Subtree Isomorphism
CNF公式可满足性问题(CNF-SAT)在强指数时间假设(SETH)下被简化为P中的许多基本问题,以证明紧下界。最近,Abboud、Hansen、Vassilevska W.和Williams(STOC 16),以及后来的Abboud和Bringmann(ICALP 18)提出了基于一般布尔公式可满足性(Formula-SAT)的硬度的下界。从公式-SAT的约简比从CNF-SAT的通常约简有两个优点:(1)公式-SAT的困难性的说明可以说比CNF-SAT的更合理,(2)这些约简甚至对问题上界的对数改进给出了结果。在这里,我们给紧减少公式SAT的两个问题:模式匹配标记图(PMLG)和子树同构。以前从公式SAT的减少是序列比对问题,如编辑距离,LCS和弗雷歇距离,需要一些技术工作。本文使用了与以前类似的想法,但在一个明显更简单的设置,有助于说明底层技术的最显着特征。
2020-08-26 cs.CC cs.DS
Counting Small Induced Subgraphs: Hardness via Fourier Analysis
University of Regensburg(雷根斯堡大学);IT University of Copenhagen(哥本哈根信息技术大学);Max Planck Institute for Informatics(马克斯·普朗克计算机科学研究所)
通过傅里叶分析,研究了诱导子图计数问题的计算难度,证明了在ETH假设下,某些图性质下的计数问题在时间复杂度上的下界。
2025-12-10 cs.CC cs.DS
Steiner Forest for $H$-Subgraph-Free Graphs
Durham University(杜伦大学);ENS Lyon(里昂高等师范学校);CISPA Helmholtz Center for Information Security(CISPA赫尔姆霍兹信息安全中心);Utrecht University(乌得勒支大学)
研究无H子图图上的Steiner森林计算复杂性,通过算法、难度和组合学结果得出二元性分类。
2026-02-25 cs.CC cs.DM cs.DS
Packing Compact Subgraphs with Applications to Districting
National Taiwan University(国立台湾大学);Rutgers University(罗格斯大学);George Mason University(乔治梅森大学)
本文研究了在给定图中打包不相交子图的问题,重点是满足特定组成要求的紧凑连通子图,提出了改进的算法和分析,实现了对平衡星形选区的O(1)近似率,并扩展到更广泛的图类。
2026-04-10 cs.DS
Directed Capacity-Preserving Subgraphs: Hardness and Exact Polynomial Algorithms
针对计算机网络功耗降低需求,提出最小容量保持子图(MCPS)问题,证明其在受限DAG上NP难,同时为有向串并联图及推广的层状串并联图设计最优多项式时间算法。
2025-02-12 cs.DM cs.DS
Spectrally Robust Graph Isomorphism
我们开始研究图同构问题的谱推广。(a)谱图支配(SGD)问题:在输入两个图$G$和$H$时,是否存在一个置换$π$,使得$G\preceq π(H)$?(b)谱鲁棒图同构(Spectrally Robust Graph Isomorphism,SRGI)问题:在输入两个图$G$和$H$时,找到所有排列$π$上的最小数$κ$,使得对于某些$c$有$ π(H) \preceq G\preceq κc π(H)$. SRGI是网络对齐问题的自然公式,具有各种应用,最显着的是在计算生物学中。这里$G\preceq c H$意味着对于所有向量$x$,我们有$x^T L_G x \leq c x^T L_H x$,其中$L_G$是拉普拉斯算子$G$。我们证明了SGD的NP-困难性。我们还提出了一个$κ$近似算法SRGI的情况下,$G$和$H$有界度树。当$κ$为常数时,该算法在多项式时间内运行。
2018-05-01 cs.DS
Graph Iso/Auto-morphism: A Divide-&-Conquer Approach
图同构是判定两个图是否同构的问题。一个密切相关的问题是自同构检测,其中两个图之间的同构是它们的顶点集之间保持邻接的双射,而自同构是从图到自身的同构。图同构/自同构的应用包括数据库索引、网络简化、网络匿名等。利用图的自同构,我们讨论了对称子图匹配(SSM)问题,即在图G中找到所有与给定子图对称的子图。SSM的应用是识别具有与通过社交网络中的影响力最大化找到的种子集相同的影响力的多个种子集。为了测试两个图的同构,研究了规范标记以重新标记图,使得同构图在重新标记后是相同的。通过个体化-细化设计了有效的规范标记算法。它们使用搜索树枚举所有排列,并选择最小值作为规范标记,这在枚举期间修剪候选项。尽管这些算法在基准图中具有很高的性能,但在处理海量图时面临困难。本文设计了一种新的有效的规范标号算法DviCL。与以往的算法不同,我们采用分治的方法对G进行划分.通过对图G进行剖分,构造了一个保持图G的对称结构和自同构群的AutoTree。树节点的标准标号可以通过其子节点的标准标号得到,而根节点的标准标号就是G的标准标号。这样的自动树也可以有效地用于回答自同构群,对称子图。我们使用22个大型图进行了广泛的性能研究,并证实DviCL比最先进的更有效,更强大。
2019-11-15 cs.DS cs.SI
On the Approximability and Hardness of the Minimum Connected Dominating Set with Routing Cost Constraint
在路由费用约束下的最小连通支配集问题中,给出了一个图$G=(V,E)$,目标是找到$G$的最小连通支配集$D$,使得对于$G$中任意两个不相邻的顶点$u$和$v$,在由$D \cup \{u,v\}$诱导的$G$的子图中,$u$和$v$之间的最短路径上的内部节点数至多为$α$是$G$的两倍对于一般的图,唯一已知的可逼近性结果是Ding等人对$α= 1$的$O(\log n)$ -逼近算法($n=|V|$).对于任意常数$α> 1$,我们给出了一个$O(n^{1-\frac{1}α}(\log n)^{\frac{1}α})$ -逼近算法.对于$α\geq 5$,给出了一个$O(\sqrt{n}\log n)$ -近似算法.最后,我们证明,当$α=2$,除非$NP \subseteq DTIME(n^{poly\log n})$,对于任何常数$ε> 0$,这个问题不承认多项式时间$2^{\log^{1-ε}n}$ -近似算法,改善后,$Ω(\log n)$约束杜等人。(虽然在一个更强的硬度假设)。
2018-02-17 cs.DS
Cleaning Interval Graphs
我们研究了导出子图同构问题的一种特殊情况,其中两个输入图都是区间图。我们证明了该问题的NP-困难性,并证明了该问题在非标准参数化条件下的固定参数可处理性,其中参数为差分|V(G)|-|V(高)|,其中G和H分别是较大和较小的输入图。直观地说,我们可以将这个问题解释为“清理”图G,将其视为包含指示错误的额外顶点的模式,以获得表示原始模式的图H。我们还证明了标准参数化的W[1]-硬度,其中参数为|V(H)|.
2010-03-05 cs.DS
A note on block-and-bridge preserving maximum common subgraph algorithms for outerplanar graphs
Schietgat,Ramon和Bruynooghe提出了一个多项式时间算法,用于计算外平面图的块桥保持子图同构(BBP-MCS)下的最大公共子图。我们发现,这篇文章包含以下错误:(i)所提出的方法的运行时间声称是$\mathcal{O}(n^{2.5})$为两个图的顺序$n$。我们表明,算法的作者允许没有更好的约束比$\mathcal{O}(n^4)$时,使用国家的最先进的通用方法来解决匹配的情况下产生的子问题。对于两个输入图都是树的特殊情况也是如此。(ii)本文认为,从BBP-MCS派生的相异度度量是一个度量。我们证明了三角不等式并不总是满足的,因此,它不是一个度量。因此,相异度度量不应与依赖或利用三角不等式的技术结合使用。在可能的情况下,我们给出了适合改进算法的技术提示。
2018-12-06 cs.DS
Finding induced subgraphs in scale-free inhomogeneous random graphs
本文研究了幂律度为无穷大的非齐次随机图的导出子图的副本问题。我们提供了一个快速算法,找到一个副本的任何连接图$H$上的一个固定数量的$k$顶点作为诱导子图中的随机图与$n$顶点。通过利用无标度图结构,该算法运行在$O(n k)$时间为小值的$k$。作为推论,这表明对于非齐次随机图,导出子图同构问题可以在时间$O(nk)$中求解。我们在几个真实世界的数据集上测试我们的算法。
2019-08-29 cs.DS math.CO
Assessing the Computational Complexity of Multi-Layer Subgraph Detection
多层图由同一顶点集上的多个图(层)组成。它们的动机是现实世界中的问题,其中实体(顶点)通过多种类型的关系(不同层中的边)相关联。我们图表的边界计算(在)易处理的子图检测问题的类多层图,包括基本问题,如最大匹配,找到某些集团松弛(出于社区发现),或路径问题。大多数情况下遇到硬度结果,有时甚至是两三层,我们也可以发现一些易处理的岛屿。
2019-10-21 cs.CC cs.DM cs.DS
Low-degree Security of the Planted Random Subgraph Problem
本文证明了直至$k\leq n^{1 - \Omega(1)}$范围内植入随机子图检测的低次困难性,改进了前人结果并扩展至超图,基于此构建了通信最优的多方PSM协议与更优份额大小的比特秘密共享方案。
2024-09-24 cs.CR cs.DS math.ST
Detecting and Counting Small Subgraphs, and Evaluating a Parameterized Tutte Polynomial: Lower Bounds via Toroidal Grids and Cayley Graph Expanders
给定一个图的性质$Φ$,我们考虑问题$\mathtt{EdgeSub}(Φ)$,其中输入是一对图$G$和一个正整数$k$,任务是判定$G$是否包含一个满足$Φ$的$k$ -边子图.具体来说,我们研究了参数化的复杂性$\mathtt{EdgeSub}(Φ)$和它的计数问题$\#\mathtt{EdgeSub}(Φ)$方面的近似和精确计数。我们得到一个完整的图片小封闭属性$Φ$:决策问题$\mathtt{EdgeSub}(Φ)$总是承认一个FPT算法和计数问题$\#\mathtt{EdgeSub}(Φ)$总是承认一个FPTRAS。对于精确计数,我们提出了一个详尽的和明确的标准上的属性$Φ$,如果满足,产生固定参数的易处理性,否则$\#\mathsf{W[1]}$ -硬度。此外,我们的大多数硬度结果在所谓的指数时间假设下都有一个几乎严格的条件下限,排除了$\#\mathtt{EdgeSub}(Φ)$的算法,这些算法在任何可计算函数$f$的时间$f(k)\cdot|G|^{o(k/\log k)}$中运行。作为一个主要的技术成果,我们获得了一个完整的了解的系数的环形网格和选择凯莱图展开$\#\mathtt{EdgeSub}(Φ)$的同态基础。这使我们能够使用Curticapean,Dell和Marx(STOC'17)的复杂性单调性框架来建立精确计数的难度。我们的方法也可以应用到一个参数化的…
2021-04-29 cs.CC cs.DS
Decomposing a Graph into Unigraphs
唯一图是由它们自己的度序列唯一确定直到同构的图。单图有许多子类,如阈值图、分裂母矩阵图、拟阵图和母矩阵图。单图和这些子类在文献中得到了很好的研究。然而,关于单全图的超类的结果却很少。本文引入了两类单图的推广:$k$ -单图和$k$ -强单图。如果图$G$可划分为$k$ -unigraph,则称图$G$是$k$ -unigraph. $G$是一个$k$ -强唯一图,如果它的每个子图都是一个唯一图,而且整个图在同构的情况下都可以用它的度序列唯一地确定.本文描述了$k$ -强唯一图与子图同构问题之间的关系。本文给出了$k$ -(强)单图的一些性质和计算最小$k$使得图$G$是$k$ -(强)单图的算法结果。这篇论文将开启许多其他的研究课题。
2019-04-20 cs.DM cs.DS math.CO
Fair densest subgraph across multiple graphs
本文研究了跨多个图快照的公平最密子图问题,提出基于整数规划的精确算法和多项式时间启发式算法,证明了问题的NP-hard性,并通过实验验证了其在合成和真实数据集上的有效性。
2025-02-03 cs.DS
Beyond Distributed Subgraph Detection: Induced Subgraphs, Multicolored Problems and Graph Parameters
子图检测是分布式计算的CONGEST模型中研究最多的问题之一。本文研究了与子图检测密切相关的问题的分布复杂性,主要集中在导出子图检测上。本文的主要工作是给出输入图的结构参数的下界和参数化算法:--在一般图上,给出CONGEST中树宽为2的圈和模式的诱导检测的无条件下界。此外,通过适应减少集中参数化的复杂性,我们证明了下界在CONGEST检测模式的4-团,并诱导路径检测条件的硬度在拥挤的集团三角形检测。--在有界退化的图上,我们证明了在CONGEST中使用参数化算法的技术可以快速检测到诱导路径,而检测树宽为2的循环和模式是困难的。--在顶点覆盖数有界的图上,我们证明了对任何模式图,在CONGEST中导出子图的检测是容易的。更具体地说,我们适应一个集中的参数化算法更一般的最大共同诱导子图检测问题的分布式设置。除了这些诱导子图检测结果,我们研究了各种相关的问题,在拥塞和拥挤的集团模型,包括多色版本的子图检测问题。
2021-12-07 cs.DC cs.DS