Network Sparsification for Steiner Problems on Planar and Bounded-Genus Graphs
我们提出了多项式时间算法,稀疏平面和有界属图,同时保持最佳或接近最佳的解决方案,施泰纳问题。我们的主要贡献是一个多项式时间的算法,给定一个未加权图$G$嵌入表面的属$g$和指定的面$f$有界的一个简单的周期长度$k$,发现一组$F \subseteq E(G)$的大小多项式在$g$和$k$包含一个最佳的Steiner树的任何一组终端是一个子集的$f$的顶点。我们应用这个一般定理证明了:* 给定嵌入在亏格$g$的曲面上的一个未赋权图$G$和一个终端集$S \subseteq V(G)$,我们可以在多项式时间内找到一个集合$F \subseteq E(G)$,它包含$S$的一个最优Steiner树$T$,并且在$g$和$|E(T)|$中具有大小多项式; * 一个类似的结果对于终端对集合$S$的一个最优Steiner森林也成立;* 给定一个未加权平面图$G$和一个终端集$S \subseteq V(G)$,可以在多项式时间内找到一个集$F \subseteq E(G)$,它包含一个分离$S$的最优(边)多路割$C$,并且在$|C|$中具有大小多项式。在参数化复杂性的语言中,这些结果意味着平面和有界亏格图(分别由树和森林的大小参数化)上的Steiner树和Steiner森林以及平面图(由割集的大小参数化)上的(边)多路割的第一多项式核。此外,我们得到了我们的主要贡献的加权变体。
2017-07-11 cs.DS
A deterministic polynomial kernel for Odd Cycle Transversal and Vertex Multiway Cut in planar graphs
我们表明,奇循环transmittance和顶点多路切割承认确定性多项式核时,限制到平面图和参数化的解决方案的大小。这就回答了索拉布的一个问题。在获得这些结果的过程中,我们提供了一个高效的稀疏化例程,其风格类似于用于平面图中施泰纳树问题的稀疏化例程(FOCS 2014)。它与以前的工作不同,因为它保留了低成本子图的存在,这些子图不一定是原始平面图中的Steiner树,而是在添加位于公共面上的顶点对之间的所有边后变成Steiner树的结构。我们还展示了顶点多路切割和顶点平面化问题之间的联系,其中多项式核的存在仍然是一个重要的开放问题。
2018-12-12 cs.DS
Multi-Priority Graph Sparsification
给定图$G$的\emph{sparsification}是旨在近似或保持$G$的某些性质的稀疏图(通常是子图)。稀疏化的示例包括但不限于生成树、Steiner树、spatial、仿真器和距离转换器。在所有这些问题中,每个顶点都具有相同的优先级。然而,现实世界的图通常为不同的顶点分配不同的“优先级”或“级别”,其中优先级较高的顶点需要它们之间更高质量的连接。在以前的文献中已经研究了Steiner树问题的多优先级变体,但是对于其他稀疏化问题,这种推广的研究要少得多。在本文中,我们定义了一个广义的多优先级问题,并提出了一个四舍五入的方法,可用于各种图稀疏化。我们的分析提供了一个系统的方法来计算近似的解决方案,以获得一个单一的优先级子程序的范围广泛的图形稀疏化问题的多优先级的变种。
2023-01-29 cs.DS
Sparsification of Motion-Planning Roadmaps by Edge Contraction
Tel-Aviv University(特拉维夫大学);Duke University(杜克大学)
我们提出的路线图稀疏化边缘收缩(RSEC),一个简单而有效的算法,用于减少的运动规划路线图的大小。该算法表现出最小的影响,可以从新的路线图中提取的路径的质量。RSEC使用的基本操作是边收缩-将路线图边收缩为单个顶点,并将新顶点连接到收缩边的相邻顶点。对于某些情况下,我们压缩超过98%的边缘和顶点的平均最短路径长度的退化的成本最多为2%。
2012-09-20 cs.DS cs.RO
Refined Vertex Sparsifiers of Planar Graphs
我们研究以下版本的切割稀疏化。给定一个具有$k$终端顶点的大边加权网络$G$,将其压缩为具有相同终端的较小网络$H$,使得$H$中的每个最小终端割近似于$G$中的对应最小终端割,直到称为质量的因子$q\geq 1$。(The情况$q=1$也被称为模仿网络)。我们提供了新的见解最小终端切割的结构,导致新的结果切割稀疏平面图。我们的第一个贡献确定了一个子集的最小终端削减,我们称之为小学,产生所有其他的。因此,$H$是割稀疏化子当且仅当它保留所有的基本终端割(直到这个因子$q$)。这种结构表征导致$H$的大小的改进的界限。例如,它将平面图的模仿网络大小的界提高到一个近似最优的界。我们的第二个和主要的贡献是完善已知的界限方面的$γ=γ(G)$,这是定义为最小数量的面是入射到所有终端的平面图$G$。我们证明了初等终端割的数目是$O((2k/γ)^{2γ})$(与$O(2^k)$终端割相比),并进一步得到了一个大小为$O(γ2^{2γ} k^4)$的模仿网络,它是$γ$的函数。在分析中,我们将基本的终端切割分成碎片,并仔细计数。我们的第三个贡献是切割稀疏化和距离稀疏化的某些平面图之间的对偶,当稀疏$H$要求是一个小的$G$。这种对偶性连接了以前分别研究的问题,这意味着新的结果,已知结果的新证明,以及开放间隙之间的等价性。
2019-10-04 cs.DS
On Sparsification for Computing Treewidth
我们调查是否一个n-顶点实例(G,k)的树宽,问图G是否有树宽最多k,可以有效地稀疏而不改变它的答案。通过给出一种特殊形式的OR-交叉复合,我们证明了这是不可能的:如果存在一个e > 0和一个多项式时间算法,该算法将n-顶点树宽实例减少到一个任意问题的等价实例,具有O(n^{2-e})位,那么NP是在coNP/poly中,多项式层次崩溃到它的第三层。我们的稀疏化下界对树宽的结构参数化有影响:通过不超过顶点数的度量进行的参数化,对于任何e > 0,不能具有O(k^{2-e})位的内核,除非NP在coNP/poly中。受确定由顶点覆盖参数化的Treewide的最佳核大小的问题的启发,我们将Bodlaender等人(STACS 2011)的O(k^3)-顶点核改进为O(k^2)顶点的核。我们改进的内核是基于一种新的形式的树宽不变集。我们使用Fomin等人的q-扩展引理。(STACS 2011)在顶点覆盖数为超二次的图中有效地找到这样的集合。
2013-08-16 cs.CC cs.DM cs.DS
Sparsification Upper and Lower Bounds for Graph Problems and Not-All-Equal SAT
我们提出了几个稀疏的上下界在图论和逻辑的经典问题。对于问题4-着色,(有向)哈密尔顿圈,(连通)支配集,我们证明了没有多项式时间的算法,减少任何n-顶点输入到一个等价的实例,一个任意的问题,位大小为O(n^{2-e})的e > 0,除非NP是在coNP/poly和多项式时间层次崩溃。这些结果意味着,现有的线性顶点核的k-非阻塞和k-最大叶生成树((连通)支配集的参数化)不能被改进为具有O(k^{2-e})的边缘,除非NP是在coNP/poly。我们还提出了一个积极的结果,并展示了一个非平凡的稀疏算法的d-不全相等SAT。我们给出了一个算法,减少一个n变量的输入与条款的大小最多d到一个等价的输入与O(n^{d-1})条款,对于任何固定的d。我们的算法是基于一个线性代数证明的Lovasz的临界3色d-均匀n-顶点超图的超边的数量的界限n选择d-1。我们表明,我们的内核是紧的假设下,NP是不是一个子集的coNP/聚。
2015-09-24 cs.CC cs.DS
Online Sparsification of Bipartite-Like Clusters in Graphs
School of Informatics, University of Edinburgh, Edinburgh, United Kingdom(信息学院,爱丁堡大学,爱丁堡,英国)
本文研究了图中的类二部聚类问题,提出了在无向图和有向图中寻找此类聚类的高效在线稀疏化算法,并在合成与真实数据集上验证了该算法能显著加速现有聚类算法且保持其有效性。
2025-08-07 cs.DS cs.LG
Near-optimal Linear Sketches and Fully-Dynamic Algorithms for Hypergraph Spectral Sparsification
本文提出一种绕过平衡权重分配的更简单超图谱稀疏化框架,将超图稀疏化归约为普通图有效电阻采样,并据此在线性草图、全动态和在线模型中首次获得近最优算法。
2025-02-06 cs.DS
Minimum Cuts in Directed Graphs via Partial Sparsification
本文给出了一个在$\tilde O(n\cdot \max(m^{2/3}, n))$时间内求具有$n$顶点和$m$边的边加权有向图的最小割的算法。这提高了30岁的界限$\tilde O(nm)$郝和Orlin获得这个问题。我们的主要技术是减少定向mincut问题的$\tilde O(\min(n/m^{1/3}, \sqrt{n}))$调用{ \em任何} maxflow子程序。使用最先进的maxflow算法,这将产生上述运行时间。我们的技术也产生快速{ \em近似}算法寻找最小切割有向图。对于边和顶点加权图,我们给出了$(1+ε)$ -近似算法,运行在$\tilde O(n^2 / ε^2)$时间。
2021-11-17 cs.DS
Efficient Dynamic Approximate Distance Oracles for Vertex-Labeled Planar Graphs
设$G$是一个图,其中每个顶点都与一个标签相关联。顶点标记的近似距离Oracle是一种数据结构,其在给定顶点$v$和标记$λ$的情况下,返回从$v$到$G$中具有标记$λ$的最近顶点的距离的$(1+\varepsilon)$近似。如果这样的oracle也支持标签更改,则它是动态的。在本文中,我们提出了三个不同的动态近似顶点标记的距离预言机平面图,所有的多对数查询和更新时间,和近线性空间的要求。
2017-08-27 cs.DS
Linear-time approximation schemes for planar minimum three-edge connected and three-vertex connected spanning subgraphs
我们提出了第一个多项式时间近似方案,即,对任意常数ε > 0,给出了无向平面图的最小三边连通生成子图问题和最小三点连通生成子图问题的(1 + ε)-近似算法.两种近似方案都在线性时间内运行。
2017-01-28 cs.DS
Bootstrapping Dynamic APSP via Sparsification
提出一种基于稀疏化的动态近似APSP算法,通过选择枢轴并递归维护距离,实现总时间$|E|^{1+o(1)}$处理$|E|$次更新,查询时间$\tilde{O}(1)$,无需扩展图。
2024-08-21 cs.DS
Efficient Vertex-Label Distance Oracles for Planar Graphs
我们考虑顶点标记平面图中的距离查询。对于任何固定的$0 < ε\leq 1/2$,我们展示了如何将具有顶点标签和弧长的有向平面图预处理成回答以下形式的查询的数据结构。给定顶点$u$和标签$λ$,返回$(1+ε)$ -从$u$到具有标签$λ$的最近顶点的距离的近似值。对于具有$n$顶点的有向平面图,使得最大弧长与最小弧长的比率由$N$界定,预处理时间为$O(ε^{-2}n\lg^{3}{n}\lg(nN))$,数据结构大小为$O(ε^{-1}n\lg{n}\lg(nN))$,并且查询时间为$O(\lg\lg{n}\lg\lg(nN) + ε^{-1})$。我们还指出,本文的早期版本中建议的无向平面图的顶点标签距离预言是不正确的。
2017-12-16 cs.DS
A Unifying Framework for Spectrum-Preserving Graph Sparsification and Coarsening
如何“简化”一个图形?也就是说,生成一个更小的图,以丢弃局部细节为代价保留全局结构?在图稀疏化(去除边)和图粗化(合并节点,通常通过边收缩)方面已经有了大量的工作;然而,这些操作目前被分开处理。有趣的是,对于平面图,边删除对应于其平面对偶中的边收缩(更一般地,对于图拟阵及其对偶)。此外,关于由图拉普拉斯算子(例如,扩散)、删除和收缩分别是两个倒数极限的物理表现:$0$和$\infty$的边权重。在这项工作中,我们提供了一个统一的框架,捕捉这两个操作,允许一个同时稀疏化和粗糙化的图形,同时保留其大规模的结构。无限边权的极限很少被考虑,因为许多经典的图相似性概念分歧。然而,它的代数,几何和物理解释反映在拉普拉斯伪逆$\mathbf{\mathit{L}}^{\dagger}$,这仍然是有限的,在这个限制。出于这种洞察力,我们提供了一个概率算法,减少图形,同时保留$\mathbf{\mathit{L}}^{\dagger}$,使用无偏的程序,最大限度地减少其方差。我们比较了我们的算法与现有的几个稀疏化和粗化算法使用真实世界的数据集,并证明它更准确地保留了大规模的结构。
2020-02-17 cs.DM cs.DS
On Weighted Graph Sparsification by Linear Sketching
一个开创性的工作[Ahn-Guha-McGregor,PODS'12]表明,可以计算一个削减稀疏的一个未加权无向图采取近线性数量的线性测量图。随后的工作还研究了使用线性草图计算其他图稀疏因子,并获得了谱稀疏因子的近线性上界[Kapralov-Lee-Musco-Musco-Sidford,FOCS'14]和spatial的第一个非平凡上界[Filtser-Kapralov-Nouri,SODA'21]。然而,所有这些线性草图算法都只适用于未加权的图形。在本文中,我们开始研究加权图稀疏线性素描调查一类自然的线性草图,我们称之为关联草图,其中每个测量是一个线性组合的权重的边缘事件在一个单一的顶点。我们的结果是:1.加权切割稀疏化:我们给出了一个算法,计算$(1 + ε)$削减稀疏使用$\tilde{O}(n ε^{-3})$线性测量,这是近最优的。2.加权频谱稀疏化:我们给出了一个算法,计算一个$(1 + ε)$ -频谱稀疏使用$\tilde{O}(n^{6/5} ε^{-4})$线性测量。补充我们的算法,然后,我们证明了一个超线性下界的$Ω(n^{21/20-o(1)})$测量计算一些$O(1)$ -频谱稀疏使用发病率草图。3.加权平均计算:我们专注于图的最大/最小边的权重相差一个$O(1)$因子,并证明,对于关联草图,由~[Filtser-Kapralov-Nouri,SODA'2…
2022-09-16 cs.DS
The Power of Vertex Sparsifiers in Dynamic Graph Algorithms
我们引入了一个新的算法框架,用于设计动态图算法在小的无图,通过利用这样的图的结构和一个工具,称为顶点稀疏化,这是一种方法来压缩大型图成小的,以及保持相关属性之间的一个子集的顶点,以前主要用于设计的近似算法。使用这个框架,我们得到了一个Monte Carlo随机全动态算法$(1+\varepsilon)$ -近似的能量的电流在$n$ -顶点平面图与$\tilde{O}(r\varepsilon^{-2})$最坏情况下的更新时间和$\tilde{O}((r+\frac{n}{\sqrt{r}})\varepsilon^{-2})$最坏情况下的查询时间,任何$r$大于一些常数。对于$r=n^{2/3}$,这给出了$\tilde{O}(n^{2/3}\varepsilon^{-2})$更新时间和$\tilde{O}(n^{2/3}\varepsilon^{-2})$查询时间。我们还扩展了该算法的工作,为小的免费图形与类似的近似和运行时间的保证。此外,我们说明了我们的框架上的所有对最大流和最短路径问题,通过在次线性更新和查询时间的小自由图给出相应的动态算法。据我们所知,我们的研究结果是第一次系统地建立动态图算法和顶点稀疏化之间的联系。我们还提出了上界和下界,以维持电力流的能量在增量子图模型,其中更新只包括顶点激活,这可能是独立的利益。
2017-12-18 cs.DS
Designing Practical PTASes for Minimum Feedback Vertex Set in Planar Graphs
我们提出了两个算法的最小反馈顶点集问题的平面图:一个$O(n \log n)$ PTAS使用线性核和平衡分离器,和一个启发式算法使用核化和局部搜索。我们实现了这些算法,并将其性能与Becker和Geiger的2-近似算法进行了比较。我们观察到,虽然我们的PTAS是有竞争力的2-近似算法的大平面图,其运行时间要长得多。我们的启发式算法在大多数大型平面图上的性能优于2-近似算法,并提供了运行时间和解质量之间的折衷,即“PTAS行为”。
2018-04-21 cs.DS
Incremental Approximate Maximum Flow via Residual Graph Sparsification
Faculty of Computer Science, University of Vienna(维也纳大学计算机学院);Institute of Science and Technology Austria (ISTA)(奥地利科学与技术研究所);Technical University Munich(慕尼黑工业大学);UniVie Doctoral School Computer Science DoCS(维也纳大学计算机科学博士学校)
本文提出了一种算法,在高概率下能够维持无向、无容量限制的n顶点图在经历m次边插入操作后的(1-ε)近似s-t最大流,总更新时间为~O(m + nF*/ε),其中F*是最终图的最大流。这是首个在密集图(m=Ω(n²))中实现多项式对数平均更新时间的算法,更一般地适用于F*=~O(m/n)的图。
2026-05-21 cs.DS
Near-Optimal Distance Oracles for Vertex-Labeled Planar Graphs
给定一个无向$n$ -顶点平面图$G=(V,E,ω)$,它具有非负边权函数$ω:E\rightarrow \mathbb R$,并给每个顶点分配一个标签,顶点标记距离oracle是一个数据结构,它对于由顶点$u$和标签$λ$组成的任何查询报告从$u$到最近的具有标签$λ$的顶点的最短路径距离。我们证明了,如果有一个距离预言机的无向$n$ -顶点平面图与非负边权重使用$s(n)$空间和查询时间$q(n)$,那么有一个顶点标记的距离预言机与$\tilde{O}(s(n))$空间和$\tilde{O}(q(n))$查询时间。使用Long和Pettie的最先进的距离预言机,我们的构造产生了一个顶点标记的距离预言机,在一个极端使用$n^{1+o(1)}$空间和查询时间$\tilde O(1)$,在另一个极端使用$\tilde O(n)$空间和$n^{o(1)}$查询时间,以及在他们的论文中获得的空间和查询时间之间的充分权衡的预言机。这是平面图的第一个非平凡的精确顶点标记距离预言机,据我们所知,对于任何有趣的图形类以外的树。
2021-09-30 cs.DS
Sublinear Time Hypergraph Sparsification via Cut and Edge Sampling Queries
图或超图的稀疏化问题在保持其割结构的同时得到了广泛的研究,并有许多应用。Benczúr和Karger(1996)在一项开创性的工作中证明了,给定任何$n$ -顶点无向加权图$G$和一个参数$\varepsilon \in (0,1)$,存在一个近线性时间算法,该算法输出$G$的一个大小为$\tilde{O}(n/\varepsilon^2)$的加权子图$G'$,使得$G$中每个割的权重保持在$G'$中的一个$(1 \pm \varepsilon)$ -因子内。图$G'$被称为$G$的{ \em $(1 \pm \varepsilon)$ -近似切割稀疏因子}。最近的后续工作得到了类似的结果,更一般的超图削减稀疏的问题。然而,所有已知的稀疏化算法都需要$Ω(n + m)$时间,其中$n$表示超图中顶点的数量,而$m$表示超图中超边的数量。由于$m$在$n$中可以是指数大的,一个自然的问题是是否可以在$n$中的时间多项式中创建超图割稀疏因子,{ \em独立于边的数量}。我们解决这个问题的肯定,给出了第一次次线性时间算法,这个问题,给出了适当的查询访问超图。
2021-06-18 cs.DS
A tight lower bound for Vertex Planarization on graphs of bounded treewidth
在顶点平面化问题中,要求从输入图中删除尽可能少的顶点以获得平面图。这个问题的参数化的复杂性,参数化的解决方案的大小(删除顶点的数量)最近引起了极大的关注。Jansen、Lokshtanov和Saurabh [SODA 2014]的最新算法在$n$ -顶点图上按时间$2^{O(k \log k)} \cdot n$运行,其解大小为$k$。如果可以在运行时间范围内获得对$k$的单指数依赖性,则它仍然是开放的。Jansen、Lokshtanov和Saurabh的工作的核心技术贡献之一是一种算法,该算法在树宽$w$的图上求解顶点平面化的加权变体$2^{O(w \log w)} \cdot n$。在这个简短的说明中,我们证明了这个例程的运行时间在指数时间假设下是紧的,即使是在未加权的图中,也可以通过树深度进行参数化。因此,它是不可能的,一个潜在的单指数算法的顶点平面化参数化的解决方案的大小可以通过仅仅改善上述有界树宽子程序。
2015-11-26 cs.DS
A Polynomial Kernel for Planar Directed Feedback Vertex Set
本文解决了平面有向反馈顶点集问题的多项式核开放问题,提出确定性核算法,通过结构归约、平面偶图压缩和有向割论证,得到$O(k^{66}\log^2 k)$大小的核。
2026-11-04 cs.DS
Chaining, Group Leverage Score Overestimates, and Fast Spectral Hypergraph Sparsification
给出了给定任意$n$ -点、$m$ -边、秩的$r$超图在近线性$\widetilde{O}(mr)$时间内构造一个具有$O(n \varepsilon^{-2} \log n \log r)$超边的谱稀疏子的算法.这在规模和效率上都优于之前最佳规模为$O(\min\{n \varepsilon^{-4} \log^3 n,nr^3 \varepsilon^{-2} \log n\})$、运行时间为$\widetilde{O}(mr + n^{O(1)})$的工作线(Bansal-Svensson-Trevisan 2019,Kapralov-Krauthgamer-Tardos-Yoshida 2021)。独立的结果:在一个独立的工作,李(李2022)还展示了如何计算一个谱超图稀疏与$O(n \varepsilon^{-2} \log n \log r)$超边。
2022-09-21 cs.DS math.PR
Spectral Subspace Sparsification
我们介绍了一种新的方法,频谱稀疏近似的二次形式的伪逆的图拉普拉斯限制到一个子空间。我们表明,稀疏子空间的维度中的边缘的近线性数量存在。我们的设置概括了舒尔补充稀疏。我们的方法通过对输入图的均匀随机生成树进行采样,并使用该树来指导合同,删除和重新加权边缘的边缘消除过程来产生稀疏器。在舒尔补稀疏的背景下,我们的方法有两个好处比以前的工作。首先,它在几乎线性的时间内产生一个稀疏器,而不依赖于期望的误差。我们直接利用这一点来计算近似的有效电阻的一小组顶点对在更快的时间比以前的工作(Durfee-Kyng-Peeke-Rao-Sachdeva '17)。其次,它产生的稀疏,是重新加权的输入图的未成年人。其结果是,我们给出了一个接近最优的答案的一个变种的施泰纳点去除问题。我们的算法的一个关键组成部分是一个子程序的独立利益:一个近线性时间算法,给定一组选定的顶点,建立一个数据结构,我们可以查询一个乘法近似的两个顶点之间的有效电阻的减少后,确定所有的顶点在选定的集合到一个单一的顶点与逆多项式额外的附加误差在近恒定的时间。
2018-10-07 cs.DM cs.DS
Worst-case Deterministic Fully-Dynamic Planar 2-vertex Connectivity
我们研究动态平面图的$n$顶点,受到边删除,边收缩,边插入面,和分裂的顶点在指定的角落。我们动态地保持这样一个平面图的组合嵌入,受到连接和$2$ -顶点连接(双连接)对顶点之间的查询。当一个查询对是连通的而不是双连通的时,我们会找到第一个和最后一个割顶点来分隔它们。此外,我们允许通过翻转由至多两个顶点连接到图的其余部分的子图的嵌入来对嵌入进行局部改变。我们使用$O(n)$大小的数据结构,支持在确定性、最坏情况、$O(\log^2 n)$时间内的所有查询和更新。在此之前,全动态平面双连通性(受我们的操作集)的最佳界限是一般图的摊销$\tilde{O}(\log^3 n)$,并且具有最坏情况的多对数更新时间的算法仅在部分动态(仅插入或仅删除)设置中已知。
2022-09-28 cs.DS
(1+epsilon)-Distance Oracle for Planar Labeled Graph
给定一个顶点标记的图,每个顶点$v$都附加有一个来自一组标签的标签。顶点标签查询需要从给定顶点到具有给定标签的顶点集合的最短路径的长度。如果给定的图是平面的,我们将展示如何构造一个预言机,这样就需要$O(\frac{1}εn\log n)$存储空间,并且任何顶点标签查询都可以在$O(\frac{1}ε\log n\log ρ)$时间内用拉伸$1+ε$来回答。$ρ$是给定图的半径,它是直径的一半。对于$ρ= O(\log n)$的情况,我们构造了一个Oracle,在不改变存储空间顺序的情况下,实现了$O(\log n)$的查询时间。
2012-01-31 cs.DS
Vertex Sparsifiers and Abstract Rounding Algorithms
在\cite{M}中引入了顶点稀疏化的概念,其中示出了对于任何图$G = (V, E)$和$k$终端$K \subset V$的子集,存在多项式时间算法来仅在终端集上构造图$H = (K, E_H)$,使得同时对于所有切割$(A, K-A)$,将$A$与$K -A$分开的$G$中的最小切割值与$H$中的相应切割值大致相同。我们给出了第一个超常数下界如何以及切割稀疏$H$可以同时近似所有最小切割$G$。我们证明了一个下界的$Ω(\log^{1/4} k)$ -这是多项式相关的$O(\log k/\log \log k)$已知的上界。这是对\cite{LM}中给出的$Ω(\log \log k)$界的指数级改进,该界实际上是为了更强的顶点稀疏化保证,并且不适用于切割稀疏器。尽管有这个负面的结果,我们表明,对于许多自然问题,我们不需要招致我们的减少乘法处罚。得到了最优的$O(\log k)$竞争Steiner不经意路由方案,推广了\cite{R}中的结果.我们还表明,对于广泛的图包装问题(其中包括最大并发流,最大多流和组播路由,除其他外,作为一个特殊情况),线性规划的完整性差距总是在最多$O(\log k)$倍的完整性差距限制树。这一结果有助于解释$O(\log k)$对此类问题的保证的普遍性。最后,我们使用我们的想法,给出一个有效的顶点稀疏匹配当前最好的存在结果的构造-这是以前开放的。…
2010-06-23 cs.DS
Ramsey Meets Simultaneous Planarity: Vertex Integrity and Pathwidth
TU Wien(维也纳工业大学);University of Passau(帕绍大学)
该研究针对k个同顶点集图的同时嵌入问题,建立了并图顶点完整性加k参数化的固定参数可处理性,补充了k与并图路径宽度为常数时的NP-难下界,排除了结果向路径/树宽度的推广。
2026-10-14 cs.DS
Planar Reachability Under Single Vertex or Edge Failures
本文给出了平面有向图在单边失效或单点失效情况下的一个有效的可达预言机。具体来说,我们表明,一个平面有向图$G$可以预处理在$O(n\log^2{n}/\log\log{n})$的时间,产生一个$O(n\log{n})$ -空间的数据结构,可以回答在$O(\log{n})$的时间是否$u$可以达到$G$中的$v$,如果顶点$x$(边缘~ $f$)从$G$中删除,任何查询顶点$u,v$和失败的顶点$x$(失败的边缘$f$)。据我们所知,这是平面有向图的第一个数据结构,具有接近最佳的预处理时间,在多对数时间内回答任何类型的故障下的所有对查询。我们还考虑2-可达性问题,其中我们给出了一个平面有向图$G$,我们希望确定是否有两个顶点不相交(边不相交)路径从$u$到$v$,查询顶点$u,v$。在这种情况下,我们提供了一个接近最优的2-可达性预言机,这是存在的单一故障下的可达性预言机的变体,具有以下界限。我们可以在$O(n\log^{O(1)}{n})$时间内构造一个$O(n\log^{3+o(1)}{n})$ -空间数据结构,该数据结构可以在$O(\log^{2+o(1)}{n})$时间内检查任何查询顶点$u,v$是否$v$从$u$是2-可达的,或者找到位于$G$中从$u$到$v$的所有路径上的某个分离顶点(边)$x$。为了得到我们的结果,我们遵循Thorup关于平面图的可达性的一般递归方法[…
2021-01-07 cs.DS
Palette Sparsification for Graphs with Sparse Neighborhoods
本研究针对k-局部稀疏图,证明每顶点采样O(Δ^α+√log n)种颜色即可得到正常q-着色,改进了对应着色相关结果,可复现无三角形图的已有结论。
2024-11-03 cs.DM cs.DS math.CO
Towards single face shortest vertex-disjoint paths in undirected planar graphs
给定图$G$中的终端$\{(s_{1}, t_{1}), \ldots, (s_{k}, t_{k})\}$的$k$对,最小和$k$顶点不相交路径问题是找到具有最小总长度的顶点不相交路径的集合$\{Q_{1}, Q_{2}, \ldots, Q_{k}\}$,其中$Q_{i}$是$s_i$和$t_i$之间的$s_i$到$t_i$的路径。我们考虑的问题,在平面图中,很少有人知道计算的易处理性,即使在限制的情况下。Kobayashi和Sommer提出了无向平面图中$k \le 3$的多项式时间算法,假设所有终端最多与两个面相邻。Colin de Verdiere和Schrijver给出了一个多项式时间算法,当所有的源都在一个面的边界上,所有的汇都在另一个面的边界上,并询问是否存在多项式时间算法,只要所有的终端都在一个公共面上。当$\{(s_{1}, t_{1}), \ldots, (s_{k}, t_{k})\}$在一个公共面上按逆时针方向排列时,我们给出了无向平面图的$O(kn^5)$时间算法.
2015-07-21 cs.DS
Obtaining a Planar Graph by Vertex Deletion
在k-Apex问题中,任务是找到最多k个顶点,其删除使给定的图平面。存在解的图构成了一个小闭图类,因此根据Robertson和Seymour的深入结果,对于k的每一个固定值都有一个O(n^3)时间算法。然而,证明是极其复杂的,大O符号隐藏的常数是巨大的。在这里,我们给出了一个简单得多的算法,这个问题的二次运行时间,通过迭代减少输入图,然后应用技术的图形有界树宽。
2008-12-29 cs.DS
Finding 2-Edge and 2-Vertex Strongly Connected Components in Quadratic Time
我们提出了更快的算法计算2-边和2-顶点强连通组件的有向图,这是简单的推广强连通组件。在无向图中,2-边和2-顶点连通分支可以在线性时间内找到,而在有向图中,只有相当简单的$O(m n)$ -时间算法是已知的。我们使用一个分层稀疏化技术,以获得运行在时间$O(n^2)$的算法。对于2-边强连通区域,我们的算法给出了20年来的第一次运行时间改进。此外,我们提出了一个$O(m^2 / \log{n})$ -时间算法的2-边强连通组件,从而改善了$O(m n)$运行时间也当$m = O(n)$。我们的方法扩展到k-边和k-顶点强连通分支的任何常数k的运行时间为$O(n^2 \log^2 n)$的边缘和$O(n^3)$的顶点。
2015-05-20 cs.DS
Testing Simultaneous Planarity when the Common Graph is 2-Connected
两个平面图G1和G2共享一些顶点和边是“同时平面的”,如果它们有平面图,使得共享的顶点[边]在两个图中由相同的点[曲线]表示。同时平面性的有效检验是一个悬而未决的问题。当两个图共享一个2-连通子图时,我们给出了一个线性时间算法来检验同时平面性。我们的算法扩展到k平面图的情况下,每个顶点[边]是共同的所有图形或属于其中之一。
2011-12-09 cs.DS
Maximum Integer Flows in Directed Planar Graphs with Multiple Sources and Sinks and Vertex Capacities
我们考虑在顶点和边都有容量的平面图中寻找最大流的问题,并考虑多个源和汇。当容量为整数时,我们提出了三种算法。第一个算法运行在$O(n \log^3 n + kn)$时间时,所有的能力是有界的,其中$n$是在图中的顶点的数量和$k$是终端的数量。该算法首次解决了当$k$有界但大于2时的近线性时间内的顶点不相交路径问题。第二种算法在$O(k^2(k^3 + Δ) n \text{ polylog} (nU))$时间内运行,其中$U$是单个顶点的最大有限容量,$Δ$是顶点的最大度。最后,当$k=3$,我们提出了一个算法,运行在$O(n \log n)$时间,该算法的工作,即使当容量是任意实数。我们的算法提高了最快的以前已知的算法时,$k$和$Δ$是小的$U$是有界的多项式在$n$。在此结果之前,最快的算法在$O(n^2 / \log n)$时间内运行的实际容量和$O(n^{3/2} \log n \log U)$的整数容量。
2021-05-24 cs.DS
Faster Algorithm for Maximum Flow in Directed Planar Graphs with Vertex Capacities
本文给出了一个计算平面图中最大整数流的$O(k^3 n \log n \min(k,\log^2 n) \log^2(nC))$ -时间算法,该平面图的整弧{ \em和顶点}容量由$C$和$k$源和汇限定.这比之前已知的用于该问题的最快算法提高了$\max(k^2,k\log^2 n)$倍[Wang,SODA 2019]。加速比是由两个独立的想法。首先,我们用$k$顶点替换Wang的迭代过程,该迭代过程使用用于平面图中的最大流算法的$O(k^3 n \log^3 n)$ -时间算法的$O(k)$调用[Borradaile等人,FOCS 2012,SICOMP 2017],通过仅调用Borradaile等人的算法的替代过程。其次,我们展示了两种用于计算$k$ -顶点图中的流的替代方案,这些图在我们对Wang的过程的修改中出现,比Borradaile等人的算法更快。本文介绍并分析了Goldberg和Tarjan [JACM 1988]的并行最大距离推重标记算法的一种顺序实现。
2021-08-12 cs.DS
Connectivity Oracles for Planar Graphs
本文研究平面图的动态子图连通性问题。在这个模型中,有一个固定的底层平面图,其中每个边和顶点要么是“关闭”(失败),要么是“打开”(恢复)。我们希望回答关于“on”子图的连通性查询。该模型有两个自然变体,一个是在所有连接查询之前存在$d$边/顶点故障,另一个是故障/恢复和查询混合在一起。我们提出了一个$d$ -故障连通性甲骨文平面图,处理任何$d$边/顶点故障在$sort(d,n)$时间,使连接查询可以回答在$pred(d,n)$时间。(Here $sort$和$pred$是在大小为$d$的$[n]$子集上进行整数排序和整数前导搜索的时间。)我们的算法有两个离散部分。第一个算法是针对三连通平面图的。它利用了巴内特定理,该定理指出每个三连通平面图都包含一个3度生成树。第二部分是从一般平面图到三连通平面图的一般约化。此外,我们的算法是可证明的最佳。Patrascu和Thorup关于前趋搜索的下限的含义是没有$d$ -故障连通性预言机(甚至在树上)可以击败$pred(d,n)$查询时间。我们将我们的算法扩展到子图连接模型,其中边/顶点故障(但没有恢复)与连接查询混合在一起。在三连通平面图中,每个故障和查询都在$O(\log n)$时间内处理(摊销),而在一般平面图中,两个边界都变成了$O(\log^2 n)$。
2012-04-23 cs.DS
A Linear Kernel for Planar Red-Blue Dominating Set
在红-蓝支配集问题中,给定一个二分图$G = (V_B \cup V_R,E)$和一个整数$k$,并询问$G$是否有一个至多由$k$个“蓝”顶点组成的子集$D \subseteq V_B$,使得来自$V_R$的每个“红”顶点与$D$中的一个顶点相邻.我们提供了第一个明确的线性核这个问题的平面图,最大的$43k$的大小。
2017-04-28 cs.DS
Single-Exponential Algorithms for Directed Feedback Vertex Set on Planar Digraphs
University of California, Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校);The Institute of Mathematical Sciences, HBNI(马哈拉施特拉邦数学科学研究所,HBNI);University of Bergen(卑尔根大学);New York University Shanghai(纽约大学上海校区)
针对平面有向图上的有向反馈顶点集问题,提出首个单指数固定参数算法(随机化 $4.24^k$,确定性 $8.04^k$),利用欧拉型计数恒等式归约到多项式可解的有向反馈弧集。
2026-09-29 cs.DS
Capacitated Dominating Set on Planar Graphs
容量约束支配通过为每个顶点指定所需的需求和在其封闭邻域中覆盖需求的可用容量来推广经典的支配集问题。我们的目标是找到一个最小的顶点集,可以覆盖所有的图的需求,而不超过任何的能力。在本文中,我们特别关注具有硬容量的支配,其中顶点的容量和成本最多可以对解决方案做出一次贡献。以前的复杂性结果表明,这个问题不能有效地解决(甚至接近)一般。本文在最大容量和最大需求有界的条件下,给出了无权平面图中容量控制问题的多项式时间近似算法。我们还展示了如何将这一结果扩展到密切相关的Capacitated顶点覆盖问题。
2016-04-15 cs.DS
Maximum Flow in Directed Planar Graphs with Vertex Capacities
在本文中,我们提出了一个O(nlog n)的算法寻找一个最大流的有向平面图,其中的顶点是受容量约束,除了弧。如果源和宿在同一个面上,那么我们的算法可以在O(n)时间内实现。对于一般(非平面)图,顶点容量不会使问题变得更困难,因为有一个简单的减少,消除顶点容量。然而,这种减少并不能保持图形的平面性。我们算法的本质是一种不同的约简,它确实保留了平面性,并且可以在线性时间内实现。对于无向平面图的特殊情况,最近有人提出了一个具有相同时间复杂度的算法,但我们指出它存在一个缺陷。
2009-05-04 cs.DM cs.DS
Eulerian Graph Sparsification by Effective Resistance Decomposition
本研究提出基于有效电阻分解的欧拉图稀疏化算法,改进了欧拉拉普拉斯方程组求解的运行时间与稀疏子图的稀疏度界,还可扩展用于图谱谱草图计算。
2024-08-19 cs.DS
A 13k-kernel for Planar Feedback Vertex Set via Region Decomposition
我们显示了一个核的最多$13k$顶点的平面反馈顶点集问题限制到平面图,即,将输入实例$(G,k)$变换为具有至多$13k$顶点的等效实例的多项式时间算法。为此,我们引入一些新的约简规则。然而,我们的主要贡献是在核大小的分析中的区域分解技术的应用。我们表明,我们的分析是紧的,一个恒定的附加项。
2014-10-30 cs.DM cs.DS
Towards optimal kernel for connected vertex cover in planar graphs
我们研究了顶点覆盖问题的连通版本的参数化复杂性,其中解集必须诱导一个连通子图。虽然这个问题不承认一般图的多项式核(除非NP是coNP/poly的子集),但对于平面图,Guo和Niedermeier [ICALP'08]显示了至多14 k个顶点的核,随后由Wang等人[MFCS'11]改进为4k。这里的常数4是如此之小,以至于一个自然的问题出现了:它可能已经是这个问题的最优值了吗?本文给出了一个否定的答案:给出了平面图的连通点覆盖的一个(11/3)k-点核。我们相信,这一结果将激发进一步的研究,寻找一个最佳的内核。
2011-10-10 cs.DM cs.DS
Separators for Planar Graphs that are Almost Trees
我们证明了一个具有$n$顶点和$n+μ$边的连通平面图有一个大小为$O( \sqrtμ + 1)$的顶点分离器,并且这个分离器可以在线性时间内计算。
2018-08-08 cs.DS
Grid Drawings of Graphs with Constant Edge-Vertex Resolution
本文研究了一类图的作图算法问题,其中$(i)$的每个顶点是一个具有固定半径的圆盘,$(ii)$的每个边是一条连接两个圆盘中心的直线段,代表它的端点,$(iii)$没有两个圆盘相交,$(iv)$的边段到一个非关联圆盘中心的距离至少为$ρ$,称为\emph{edge-vertex resolution}.我们称这种图纸为\emph{disk-link drawings}。在本文中,我们专注于恒定的边顶点分辨率的情况下,即$ρ=\frac{1}{2}$(即,单位直径的圆盘)。我们证明了星形图,其中平凡承认直线图在线性区域,需要二次面积在任何这样的磁盘链接绘图。在积极的一面,我们提出了建设性的技术,产生改进的上限的磁盘链接图纸的面积要求的几个(平面和非平面)图形类,包括有界带宽,完整的,平面图。特别是,所提出的界限完全和平面图是渐近紧的。
2021-05-05 cs.DS
Lossy Planarization: A Constant-Factor Approximate Kernelization for Planar Vertex Deletion
在无F-minor-free删除问题中,我们希望在给定的图中找到一个最小顶点集,该顶点集与族F中所有图的minor模型相交。顶点平坦化问题是族F ={K_5,K_{3,3}}的无F-子式删除的一种特殊情况。只要族F包含至少一个平面图,则已知F-minor-free删除允许常数因子近似算法和多项式核化[Fomin,Lokshtanov,Misra和Saurabh,FOCS '12]。顶点平面化问题可以说是F不包含平面图的最简单的设置,并且常数因子近似或多项式核化的存在仍然是一个主要的开放问题。在这项工作中,我们表明,顶点平面化承认一个算法,这是一个组合的两种方法。也就是说,我们提出了一个多项式A-近似核化,对于某个常数A> 1,基于有损核化的框架[Lokshtanov,Panolan,Ramanujan和Saurabh,STOC '17]。简单地说,当给定图G和整数k时,我们展示了如何计算poly(k)顶点上的图G ',使得G'的任何B-近似解都可以提升为G的(A * B)-近似解,只要A * B * OPT(G)<= k。为了实现这一点,我们开发了一个框架,稀疏的平面图,近似保留所有的隔离符和近隔离符之间的子集给定的终端集。我们的结果产生了一个国家的最先进的顶点平面化的近似算法的改进。这个问题允许一个多项式时间O(n ^eps)-近似算法,对于任何eps> 0,和一个准多项式时间(…
2022-02-04 cs.CC cs.DS
Shortest Vertex-Disjoint Two-Face Paths in Planar Graphs
令$G$是复杂度为$n$的有向平面图,每条弧具有非负长度。令$s$和$t$为$G$的两个不同面;令$s_1,...,s_k$为与$s$关联的顶点;令$t_1,...,t_k$为与$t$关联的顶点。给出了一个在$O(kn\log n)$时间内计算连接$G$中$(s_i,t_i)$对的$k$两两顶点不相交路径的算法。
2008-02-20 cs.DS math.CO
Linear-time algorithm for vertex 2-coloring without monochromatic triangles on planar graphs
在没有单色三角形的2-着色问题(或三角树2-着色)中,简单,连通,无向图的顶点被着色为“黑”或“白”,使得没有3个相互相邻的顶点具有相同的颜色。在本文中,我们肯定地回答了在我们以前的工作中提出的问题,即,是否存在一个算法解决平面图上的2-着色没有单色三角形线性时间复杂度。
2021-10-09 cs.DS math.CO
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
The planar directed k-Vertex-Disjoint Paths problem is fixed-parameter tractable
给定图G和k对顶点(s_1,t_1),.,(s_k,t_k),k-顶点不相交路径问题要求两两顶点不相交路径P_1,.,使得P_i从s_i到t_i。Schrijver [SICOMP'94]证明了平面有向图上的k-顶点不相交路问题可以在时间n^{O(k)}内求解。我们给出了一个运行时间为2^{2^{O(k^2)}} n^{O(1)}的算法,即证明了问题的固定参数可处理性.
2013-04-15 cs.DM cs.DS math.CO
Asymptotically Optimal Vertex Ranking of Planar Graphs
一个(顶点)$\ell$ -排名是一个着色$φ:V(G)\to\mathbb{N}$的顶点的图$G$与整数颜色,使任何路径$u_0,\ldots,u_p$的长度最多$\ell$,$φ(u_0)\neqφ(u_p)$或$φ(u_0)<\max\{φ(u_0),\ldots,φ(u_p)\}$。我们发现,对于任何固定的整数$\ell\ge 2$,每个$n$顶点平面图有一个$\ell$ -排名使用$O(\log n/\log\log\log n)$颜色,这是紧的,即使当$\ell=2$ ;对于无限多的值的$n$,有$n$顶点可平面图,其中任何2-排名需要$Ω(\log n/\log\log\log n)$颜色。这个结果也推广到有界亏格图。在发展这个证明,我们得到的最佳界限所需的$\ell$排名图树宽$t$和简单树宽$t$图的颜色数。这些上界是建设性的,并给出$O(n)$时间算法。来自我们的技术的其他结果包括新的sublogarithmic上限所需的$\ell$ -顶点小的无图和$k$ -可平面图的排名的颜色的数量。
2022-08-18 cs.DS math.CO
How many vertex locations can be arbitrarily chosen when drawing planar graphs?
证明了平面上具有基数$\lceil \frac{\sqrt{\log_2 n}-1}{4} \rceil$的不同点的集合$S$可以是任意具有$n$顶点的平面图的无交直线图的顶点的子集。证明了当$S$被限制为单侧凸点集时,它的基数增加到$\lceil \sqrt[3]{n} \rceil$ .证明是建设性的,并产生O(n)-时间绘图算法。作为证明的一部分,我们证明了每个极大平面图都包含一个大诱导双连通外平面图和一个大诱导外路(弱对偶是路的外平面图)。
2012-12-04 cs.CG cs.DS