Parameterized Complexity of Directed Steiner Tree on Sparse Graphs
我们研究了经典{ \sc Steiner Tree}问题在各类有向稀疏图上的有向变体的参数化复杂性。虽然{ \sc Steiner树}的参数化复杂性由终端的数量参数化是很好的理解,不知道很多关于在解决方案树中的非终端的数量的参数化。对于这种参数化,已知的是有向和无向版本在一般图上都是W[2]-困难的,因此不太可能是固定参数的易处理FPT。无向{ \sc Steiner Tree}问题在限制于稀疏图类(如平面图)时变为FPT,但用于显示此结果的技术在有向平面图上失败。在这篇文章中,我们精确地绘制了{ \sc Directed Steiner Tree}(DST)在稀疏图上的易处理边界,该图由解树中的非终端数参数化。具体来说,我们证明了这个问题是固定参数的图不包括拓扑子听话,但成为W[2]-硬退化2的图。另一方面,我们表明,如果子图诱导的终端被要求是非循环的,那么这个问题成为FPT的有界退化图。我们进一步表明,我们的算法实现了最佳的运行时间依赖于解决方案的大小和退化的输入图,在标准的复杂性理论假设。利用DST的思想,我们还得到了稀疏无向图上{ \sc支配集}的改进算法。这些算法是渐进最优的。
2012-10-01 cs.DM cs.DS
Fixed-parameter tractability and hardness for Steiner rooted and locally connected orientations
CISPA Helmholtz Center for Information Security(CISPA赫尔霍兹信息安全中心);Department of Mathematics, London School of Economics and Political Science(伦敦政治经济学院数学系)
针对Steiner Rooted Orientation问题,研究证明了其在终端数t和连通度k参数下固定参数可解,且单独以任一参数为输入时仍为NP-hard,并将该框架推广至局部连通性定向问题。
2025-11-03 cs.DM
Complexity of Steiner Tree in Split Graphs - Dichotomy Results
给定一个连通图$G$和一个终端集$R \subseteq V(G)$,{ \em Steiner树}要求一棵树,它包括所有的$R$,对于某个整数$r \geq 0$,最多有$r$条边。它是从[ND 12,Garey et. al \cite{steinernpc} ]证明了Steiner树在一般图中是NP-完全的。{ \em Split graph}是一个可以划分为团和独立集的图。K. White et. \cite{white}等人证明了分裂图中的Steiner树是NP-完全的。在本文中,我们提出了一个有趣的二分法:我们证明了$K_{1,4}$ -free分裂图的Steiner树是多项式时间可解的,而$K_{1,5}$ -free分裂图的Steiner树是NP-完全的。我们调查$K_{1,4}$ -自由和$K_{1,3}$ -自由(也称为无爪)分裂图从结构的角度。此外,利用我们的结构研究,我们提出了多项式时间算法的Steiner树在$K_{1,4}$ -自由和$K_{1,3}$ -自由分裂图。虽然,多项式时间的可解性$K_{1,3}$ -自由分裂图暗示从$K_{1,4}$ -自由分裂图,我们希望强调我们的结构观察$K_{1,3}$ -自由分裂图,可用于其他组合问题。
2016-07-20 cs.DM
Approximations for the Steiner Multicycle Problem
University of São Paulo(圣保罗大学);Federal University of ABC(ABC联邦大学);Federal University of Minas Gerais(米纳斯吉拉斯联邦大学);KU Leuven(荷语鲁汶大学)
针对推广自旅行商问题的Steiner多环问题,研究者基于可生存网络设计算法与T-join等技术,分别在度量情形、边权1/2特例及非对称版本中取得了优于现有水平的近似比,可用于协同零担运输建模。
2023-08-14 cs.DM cs.DS
Parameterized Complexity Dichotomy for Steiner Multicut
Steiner多割问题要求,给定无向图G,终端集T1,.,Tt至多为p的$\subseteq$ V(G),以及整数k,是否存在至多为k条边或节点s. t的集合S。在每个集合Ti中,至少一对端子在G \ S的不同连通分量中。这个问题概括了几个图切割问题,特别是多切割问题(p = 2的情况),其对于参数k是固定参数易处理的[Marx和Razgon,Bousquet等人,STOC 2011]。我们提供了一个二分法的参数化复杂性的斯坦纳多割。也就是说,对于k,t,p和树宽tw(G)的任何组合,作为常数,参数或无界,以及对于问题的所有版本(边删除和节点删除,有和没有可删除的终端),我们证明问题是固定参数易处理的,或者问题是困难的(W[1]-困难的,甚至是(准)NP-完全的)。我们强调:- Steiner Multicut的边删除版本对于一般图上的参数k+t是固定参数易处理的(但即使在树上也没有多项式核)。我们提出两个证明:一个使用Chitnis等人的随机收缩技术,一个依赖于新的结构引理,该引理将Steiner切割分解为重要的分离器和最小的s-t切割。- 相比之下,Steiner多重割的两个节点删除版本对于一般图的参数k+t都是W[1]-困难的。- 对于参数k,所有Steiner Multicut的版本都是W[1]-hard的,即使p=3并且图是树加一个节点。因此,Marx和Razgon以及B…
2015-06-23 cs.DM cs.DS
On the edge capacitated Steiner tree problem
给定一个图G =(V,E),其根r在V中,正容量{c(e)|e in E}和非负长度{l(e)|e in E},最小长度(有根)边约束Steiner树问题是在G中寻找一棵树,它的总长度最小,以r为根,跨越给定的顶点子集T,并且使得对于E中的每个e,至多有c(e)条路将r连接到T中的顶点,并且包含e。我们研究了问题的复杂性和可逼近性,考虑了几个相关的参数,如终端的数量,边的长度和最小和最大的边缘容量。对于所有,但一个组合的假设,这些参数,我们解决的问题,给出一个完整的表征,分离出听话的情况下,从硬的。唯一剩下的开放的情况下被证明是等价于一个长期存在的开放问题。我们还证明了我们的问题和经典的Steiner树以及顶点不相交的道路问题之间的密切关系。
2016-07-24 cs.DM
Diameter constrained Steiner tree and related problems
在有向图的情况下,我们给出了一个动态规划方法来求解直径受限的Steiner树的最小代价。然后,我们展示了一个简单的减少,从无向版本的有向版本,实现类似的复杂性,即FPT的终端顶点数的算法。通过对Steiner树的最小度和大小施加约束,定义了约束Steiner树的其他自然变体,并证明了这些问题中的一些多项式时间约简.据我们所知,这些相当简单的简化在我们工作之前的文献中并不存在。
2021-10-19 cs.DM cs.DS
Planar Steiner Orientation is NP-complete
图论中的许多应用都是由路由或流问题引起的。在这些问题是施泰纳定向:给定一个混合图G(有向和无向边)和一组T的k个终端对在G中,是否有一个方向的无向边在G中,使有一个有向的道路,为每一个终端对在T?Arkin和Hassin [1]证明了这个问题是NP完全的,后来Pilipczuk和Wahlström [7]证明了这个问题是W [1]-hard的,用k参数化。另一方面,Cygan等人[3]提出了XP算法,Hassin和Megiddo [5]提出了无向边图的多项式时间算法。Chitnis和Feldmann [2]证明了亏格为1的图的W [1]-困难性。我们考虑了平面图的进一步限制,并证明了它的NP -完全性.
2018-04-20 cs.CC cs.DM cs.DS
Internally-disjoint directed pendant Steiner trees with three terminal vertices in Cartesian product digraphs
School of Mathematics and Statistics, Ningbo University(宁波大学数学与统计学院)
本文研究了Cartesian积有向图中三个终端顶点的内部不相交悬垂Steiner树的连通度下界,并提出了一种多项式时间算法来寻找达到该下界的树。
2026-02-14 cs.DM math.CO
Minimum multicuts and Steiner forests for Okamura-Seymour graphs
研究了无向平面图的最小多割问题,其中所有的终端顶点都在图的外表面的边界上。这被称为Okamura-Seymour实例。我们表明,对于这样的情况下,最小的多割问题可以减少到最小成本的Steiner森林问题的一个适当定义的对偶图。最小费用Steiner森林问题有一个2-近似算法。因此,对于Okamura-Seymour实例,最小多割问题具有2-近似算法。
2011-02-27 cs.DM cs.DS math.CO
Further Improvements on Approximating the Uniform Cost-Distance Steiner Tree Problem
在本文中,我们考虑度量空间中的一致费用距离Steiner树问题,著名的Steiner树问题的推广。代价距离Steiner树最小化总长度和从一个专用根到其他终端的加权路径长度之和,其中具有惩罚路径长度的权重。当树用于信号传输时,例如在芯片设计或电信网络中,它们被应用,并且除了总长度之外,还必须考虑通过树的信号速度。自从Meyerson、Munagala和Plotkin首次提到这个问题以来,均匀代价距离Steiner树问题的常数因子近似算法就已经为人所知。最近,Khazraei和Held将近似因子从2.87提高到2.39。我们进一步改进了他们的方法,并将近似因子降低到2.15。
2022-11-07 cs.DM cs.DS
Efficient Algorithms for Euclidean Steiner Minimal Tree on Near-Convex Terminal Sets
本文研究近凸点集上的欧几里得Steiner最小树问题,提出了多项式时间可解的显式结构,给出了基于非凸包点数的精确算法,并证明了FPTAS存在与不存在的条件。
2023-07-01 cs.CC cs.CG cs.DM
The $2$-connected bottleneck Steiner network problem is NP-hard in any $\ell_p$ plane
瓶颈Steiner网络模型在无线ad-hoc网络中的能量消耗。该任务是设计一个网络跨越一组给定的终端和最多$k$施泰纳点,使最长的边的长度最小化。这个问题已经被广泛研究的情况下,最优解是一棵树在欧几里德平面。然而,为了对更广泛的应用(包括容错网络)进行建模,有必要考虑嵌入更一般度量的网络的多连接约束。我们发现,$2$连接瓶颈施泰纳网络问题是NP-困难的任何平面$p$ -范数,事实上,如果P $\,\neq\,$ NP,那么最优解不能近似为任何$ε>0$和$1\leq p< \infty$在多项式时间内的比例${2}^\frac{1}{p}-ε$。
2019-07-08 cs.DM math.CO
A Tight Algorithm for Strongly Connected Steiner Subgraph On Two Terminals With Demands
给定$n$顶点上的边加权有向图$G=(V,E)$和$p$终端的集合$T=\{t_1, t_2, \ldots, t_p\}$,\scss($p$-SCSS)问题的目标是找到最小权的边集合$H\subseteq E$,使得$G[H]$包含每个$1\leq i\neq j\leq p$的$t_{i}\rightarrow t_j$路径。在本文中,我们调查的$2$-SCSS的一个变种,我们有每个终端对之间的路径数的要求的计算复杂性。形式上,\sharinggeneral问题定义如下:给定一个边加权有向图$G=(V,E)$,其权函数为$ω: E\rightarrow \mathbb{R}^{\geq 0}$,两个终端顶点为$s, t$,整数为$k_1, k_2$ ;目标是从$s\leadsto t$中找到一组$k_1$路径$F_1, F_2, \ldots, F_{k_1}$,从$t\leadsto s$中找到一组$k_2$路径$B_1, B_2, \ldots, B_{k_2}$,使得$\sum_{e\in E} ω(e)\cdot ϕ(e)$最小化,其中$ϕ(e)= \max \Big\{|\{i\in [k_1] : e\in F_i\}|\ ,\ |\{j\in [k_2] : e\in B_j\}|\Big\}$。对于每个$k\geq 1$,我们证明了以下几点:\sharing问…
2016-04-06 cs.CC cs.DM cs.DS
Deterministic Minimum Steiner Cut in Maximum Flow Time
本文提出一种确定性最小斯坦纳割算法,将最大流调用次数降至多对数级并仅需近线性额外时间,同时引入可推广现有 s-强划分方法的确定性图分解技术。
2024-07-01 cs.DM cs.DS
A Simulated Annealing Algorithm for the Directed Steiner Tree Problem
在\cite{siebert2019linear}中,作者提出了一组整数规划(IP)的Steiner树问题,它可以用于两个,有向和无向设置的问题。每个IP找到一个具有特定结构的最优Steiner树。具有最低成本的解对应于整个问题的最优解。作者表明,每个IP的线性规划松弛是积分的,而且,每个IP是多项式的大小的实例,因此,他们可以在多项式时间内解决。主要问题是,要解决的IP数量随着终端节点的数量呈指数级增长,这使得这种方法对于大型实例不切实际。在本文中,我们提出了一个局部搜索过程来解决有向Steiner树的问题,使用的方法在\cite{siebert2019linear}。为了做到这一点,我们提出了一个动态规划算法,以有效地解决每个IP。然后,我们提供了每个树结构的邻域的表征。最后,我们使用所提出的算法和邻域特征来解决这个问题,使用模拟退火框架。计算实验表明,我们的方法提供的解决方案的质量优于文献中提出的有向斯坦纳树问题。
2020-02-08 cs.DM math.CO
A new Integer Linear Program for the Steiner Tree Problem with Revenues, Budget and Hop Constraints
带收入、预算和跳数约束的Steiner树问题(STPRBH)是经典Steiner树问题的一个变种。该问题要求给定图中的子树具有与其节点对应的最大收益,其中其总边成本遵守给定预算,并且每个节点与其根之间的边数不超过跳数限制。我们引入了一个新的二进制线性规划的多项式大小的偏序的基础上,(据我们所知)第一次解决了所有STPRBH实例从DIMACS基准集的最优性。该集合包含多达500个节点和12500条边的图形。
2018-08-14 cs.DM
The complexity of computing optimum labelings for temporal connectivity
一个图是时间连通的,如果存在一条严格的时间路径,即从每个顶点$u$到每个其他顶点$v$的边具有严格递增标签的路径。本文研究了无向时间连通图的时间设计问题。这些优化问题的基本设置如下:给定一个连接的无向图$G$,我们需要添加到$G$的边的时间标签的最小数量$|λ|$是多少,使得得到的时间图$(G,λ)$是时间连接的?事实证明,这个被称为最小标记(ML)的基本问题可以在多项式时间内得到最优解。然而,利用时间维度,问题变得更加有趣和有意义的,在其以下的变化,我们在本文中调查。首先,我们考虑的问题最小年龄标记(MAL)的时间连接的图形时,我们被赋予一个上限的允许年龄(即最大标签)所获得的时间图$(G,λ)$。第二,我们考虑的问题,最小施泰纳标签(MSL),现在的目标是有一个时间路径之间的任何一对“终端”顶点,其中位于一个子集$R\subseteq V$。这个放松的问题类似于静态图中的STEINER树。然而,由于时间路径中严格增加标签的要求,STEINER TREE不是MSL的特殊情况。最后,我们考虑MSL的年龄限制版本,即MIN. AGED STEINER LABELING(MASL)。我们的主要结果是三个方面的:我们证明了(i)MAL在无向图上是NP-完全的,而(ii)MASL关于终端数$|R|$是W[1]-难的.另一方面,我们证明了(iii)虽然年龄不受限制的问题MSL是NP-困难的,…
2022-05-01 cs.DM cs.DS
Polynomial Integrality Gap of Flow LP for Directed Steiner Tree
在有向Steiner树(DST)问题中,我们给出了一个$n$上的有向图$G=(V,E)$,其边代价为$c \in \mathbb{R}_{\geq 0}^E$,根顶点$r \in V$,以及$k$终端集$K \subseteq V \setminus \{r\}$.我们的目标是找到一个最小成本的$G$子图,其中包含从$r$到每个终端$t \in K$的路径。几十年来,DST一直是一个臭名昭著的问题,因为对于任何常数$ε> 0$,$O(k^ε)$的最佳多项式时间逼近比与$O\left(\frac{\log^2 k}{\log \log k}\right)$的最佳准多项式时间逼近比之间存在很大差距。为了理解这个缺口,我们研究了标准流LP松弛的完整性缺口的问题。我们发现LP具有$Ω(n^{0.0418})$的完整性缺口。先前,LP的完整性间隙仅已知为$Ω\left(\frac{\log^2n}{\log\log n}\right)$ [Halperin等人,SODA'03 \& SIAM J.~计算。]和$Ω(\sqrt{k})$ [Zosin-Khuller,SODA'02]在某些情况下与$\sqrt{k}=O\left(\frac{\log n}{\log \log n}\right)$。我们的结果给出了这个标准LP的完整性间隙的第一个已知下界,该标准LP是$n$中的多项式,顶点数。…
2022-11-11 cs.DM cs.DS math.OC
Dichotomy study of the Steiner tree problem in split-like graphs
Indian Institute of Information Technology, Design and Manufacturing(印度信息技术设计制造学院)
本文通过归约(主要来自精确三覆盖及其变体),在分裂类图中建立了斯坦纳树问题在多种结构约束下的计算复杂性二分性结果。
2026-05-28 cs.DM
Steiner connectivity problems in hypergraphs
本文研究超图中的Steiner连通性问题,证明判定Steiner超树存在性及两类Steiner定向问题均为NP完全,回答了Egerváry研究组的公开问题,并证明终端数固定时可在多项式时间内求解。
2023-04-12 cs.CC cs.DM math.CO
Highly Connected Steiner Subgraph -- Parameterized Algorithms and Applications to Hitting Set Problems
本文研究 STEINER SUBGRAPH EXTENSION 的参数化复杂性,在有界退化图上给出以 k、p 为参数的 FPT 算法,并证明一般情形下 W[1]-难,且将其用于导出多类顶点删除问题的单指数 FPT 算法。
2025-10-03 cs.DM cs.DS
On the Integrality Gap of Directed Steiner Tree LPs with Relatively Integral Solutions
针对有向斯坦纳树问题,提出一种基于流的线性规划松弛,在相对整数条件下证明其具有多对数整数性间隙,并给出随机多项式时间 $O(\log^3 k)$ 近似算法。
2025-10-10 cs.DM cs.DS
Graph Minors for Preserving Terminal Distances Approximately - Lower and Upper Bounds
给定其中顶点被划分为$k$终端和非终端的图,目标是压缩图(即,压缩图的失真是所有终端对之间距离的最大乘性爆破。我们研究了非终端的数量和失真之间的权衡。这个问题推广了Steiner点移除(SPR)问题,其中所有的非终端必须被移除。我们引入了一种新的黑盒减少到一个超线性的下界上的非终端的数量,具有相同的失真,我们的问题转换为SPR问题的失真的任何下限。这使我们能够证明存在这样的图,即失真小于$2~/~2.5~/~3$的每个小调都必须具有$Ω(k^2)~/~Ω(k^{5/4})~/~Ω(k^{6/5})$非终结符,以及两者之间的更多权衡。黑箱约简有一个有趣的结果:如果SPR问题的失真的严格下界是超常数,那么允许任何$O(k)$非终结符将无助于将下界改进为常数。我们还建立在现有的结果空间,距离预言机和连接0-扩展,以显示一些上界一般图,平面图,图,排除一个固定的未成年人和有界树宽图。其中,我们表明,任何图承认一个未成年人与$O(\log k)$失真和$O(k^{2})$非终端,和任何平面图承认一个未成年人与$1+\varepsilon$失真和$\widetilde{O}((k/\varepsilon)^{2})$非终端。
2016-04-28 cs.DM cs.DS math.CO
Online Directed Spanners and Steiner Forests
本文首次研究有向稀疏化子图和Steiner森林的在线算法,基于在线覆盖线性规划框架提出多个高效竞争算法,并给出问题特定的舍入方法。
2023-07-04 cs.DM cs.DS
On the hop-constrained Steiner tree problems
跳约束Steiner树问题(HSTP)是经典Steiner树问题的推广。它要求一个最小成本的子树,跨越一些指定的节点,一个给定的图,这样的树的每个节点和它的根之间的边的数量尊重一个给定的跳跃限制。这个NP难问题有许多变体,通常被建模为整数线性规划。两个模型是所谓的分配和部分订购的模型,产量(据我们所知)最好的两个国家的最先进的配方的变化施泰纳树问题的收入,预算和跳约束(STPRBH)。HSTP及其变体(如STPRBH和跳约束最小生成树问题(HMSTP))的解决方案是跳约束树,其深度由给定的跳数限制限定的有根树。本文提供了一些理论结果,表明多面体的优势,部分订购模型的分配模型,这类问题。对HSTP、STPRBH和HMSTP的计算结果表明,偏序模型在实际应用中也优于指派模型,它具有更好的线性规划松弛性,能解决更多的问题。
2021-11-14 cs.DM cs.DS