Finding vertex-surjective graph homomorphisms
满射同态问题是测试一个给定的图G是否允许一个顶点满射同态到另一个给定的图H,称为宿主图。双射和单射同态问题可以用生成子图和子图来表示,因此它们的计算复杂性已经得到了广泛的研究。满射的变体呢?因为这个问题一般是NP-完全的,我们限制客人和主机图分别属于图类G和H。我们确定G和H的某种选择在多大程度上影响其计算复杂性。我们观察到,如果H是路径类,则该问题是多项式时间可解的,而如果G是路径类,则该问题是NP-完全的。此外,我们证明了这个问题甚至是NP-完全的许多其他基本的图类,即线性森林,工会的完全图,cographs,适当的区间图,分裂图和树的路径宽度最多为2。与此相反,我们证明了问题是固定参数易处理的k,如果G是一类树和H是一类树与最多k叶,或如果G和H是等于类图的顶点覆盖数最多k。
2012-04-10 cs.CC cs.DM math.CO
Counting edge-injective homomorphisms and matchings on restricted graph classes
我们认为$\#\mathsf{W}[1]$ -硬问题的计数与$k$边缘在一个给定的输入图$G$的所有匹配,我们证明了它仍然是$\#\mathsf{W}[1]$ -硬图$G$是线图或二分图与度$2$的一侧。在我们的证明中,我们使用线图中的$k$ -匹配可以等价地看作是从$k$长度- $2$路径到(任意)宿主图的不交并的边内射同态。这里,从$H$到$G$的同态是边内射的,如果它将$H$的任何两个不同的边映射到$G$中的不同的边。我们证明了,如果$H$在去除孤立边后具有有界的顶点覆盖数,则模式图$H$的边内射同态可以在多项式时间内计数。对于模式图的遗传类$\mathcal{H}$,我们补充了这一结果:如果$\mathcal{H}$中的图在删除孤立边后仍有无界的顶点覆盖数,则从$\mathcal{H}$中计算模式的边内射同态是$\#\mathsf{W}[1]$ -困难的.我们的证明依赖于一个边着色的变体Holant问题和一个微妙的插值参数,两者都可能是独立的利益。
2018-01-19 cs.CC
List homomorphisms by deleting edges and vertices: tight complexity bounds for bounded-treewidth graphs
本文研究了有界树宽图上基于表同态的顶点和边删除优化问题,刻画了多项式可解与NP困难的分界,并在SETH假设下为所有NP困难情形确定了紧确的算法时间复杂度常数界限。
2024-02-13 cs.CC cs.DS
Monotone Bounded-Depth Complexity of Homomorphism Polynomials
本文研究了同态多项式和彩色子图多项式的单调有界深度电路复杂度,提出图参数层次$\mathrm{tw}_Δ(H)$并证明了最优深度层次定理。
2025-05-28 cs.CC cs.DM
Counting Homomorphisms Modulo a Prime Number
计数问题,特别是计数图同态,在组合学、计算机科学、统计物理学和其他领域有着广泛的应用。在这个领域中研究得最好的问题之一是#GraphHom(H)-找到从给定图G到图H的同态的数量的问题。不仅这个基本问题的复杂性是已知的,而且它的许多变种的有向图,更一般的关系结构,图的重量,和其他。在本文中,我们考虑#GraphHom(H)的一个修改,即#_p GraphHom(H)问题,p是素数:给定一个图G,求出从G到H模p的同态的个数。在Faben和Jerrum以及Goebel等人的一系列论文中,确定了在H(或者,事实上,从H导出的某个图)是无平方的,也就是说,不包含4-圈。另外,Goebel等人发现了当H是树时,对于任意素数p,#_p GraphHom(H)的复杂性。本文推广了上述结果,证明了当与H相关的导出图是无平方图且不是星图时,#_pGraphHom(H)问题是#_pP-困难的,从而完全区分了无平方图H的#_pGraphHom(H)问题的复杂性.
2019-05-25 cs.CC
Full complexity classification of the list homomorphism problem for bounded-treewidth graphs
从图$G$到图$H$的同态是从$V(G)$到$V(H)$的边保持映射。设$H$是一个可能有循环的固定图。在列表同态问题中,记为LHom($H$),我们给出了一个图$G$,它的每个顶点$v$都被分配了一个$H$的顶点列表$L(v)$。我们问是否存在从$G$到$H$的同态$h$,它尊重列表$L$,即,对于每个$v \in V(G)$,它保持该$h(v) \in L(v)$。Feder、Hell和Huang [JGT 2003]证明了LHom的复杂性二分法($H$)。我们感兴趣的问题的复杂性,参数化的输入图的树宽。这个问题由Egri,Marx和Rzewski [STACS 2018]研究,他们获得了自反图$H$特殊情况的严格复杂性界限。本文推广了他们关于\emph{all}相关图$H$的结果,即,对于这些问题,LHom{H}问题是NP难的。对于每个这样的$H$,我们发现一个常数$k = k(H)$,使得具有$n$顶点和树宽$t$ * 的实例上的LHom($H$)可以在时间$k^{t} \cdot n^{\mathcal{O}(1)}$中求解,只要输入图与宽度$t$的树分解一起给出,对于任何$\varepsilon >0$,* 不能在时间$(k-\varepsilon)^{t} \cdot n^{\mathcal{O}(1)}$中求解,除非SETH失败。对于某些图$H$,$k(H)$的值远…
2020-09-22 cs.CC cs.DS
One Hierarchy Spawns Another: Graph Deconstructions and the Complexity Classification of Conjunctive Queries
我们研究相对于一类查询的合取查询评估问题;该问题在这里被表述为相对于一类结构A的关系同态问题,其中每个实例必须是一对结构,使得第一个结构是A的元素。我们提出了一个全面的复杂性分类,这些问题,它强烈的联系图论性质的A相应的同态问题的复杂性。特别是,我们定义了一个二元关系图类,这是一个前序,并完全描述了由此产生的层次结构给出的这种关系。这种关系是根据我们称之为图解构的概念定义的,它是众所周知的树分解概念的变体。然后,我们使用这个层次结构的图形类来推断同态问题的复杂性层次结构,这是全面的计算上非常弱的概念减少,即参数化版本的量化自由的一阶约简。在这样做的过程中,我们得到一个显着细化的复杂性分类同态问题,以及一个统一的,模块化的,概念上干净的处理现有的复杂性分类。然后,我们提出和发展的理论Eschericht-Fraisse风格的卵石游戏,解决同态问题的核心结构在A有界树深度。最后,我们使用我们的框架来分类的复杂性模型检验存在句有界量词秩。
2016-03-01 cs.CC
Surjective H-Colouring: New Hardness Results
从图G到图H的同态是从图G的顶点集到图H的顶点集的顶点映射f,使得只要G的顶点u和顶点v之间存在边,则H的顶点f(u)和f(v)之间就存在边。H-着色问题是判定一个图G是否允许与一个固定图H同态。我们继续研究这个问题的一个变种,即满射H-着色问题,它规定的同态是顶点满射。我们建立在以前的结果,并表明,这个问题是NP-完全的每一个连通图H,正好有两个顶点的自循环,只要这两个顶点不相邻。结果表明,对于任意的至多四个顶点的图H,满射H-染色的计算复杂性是可以分类的。
2017-03-26 cs.CC math.CO
Improved Bounds for Twin-Width Parameter Variants with Algorithmic Applications to Counting Graph Colorings
本文研究图同态计数问题,证明分量孪生宽度与团宽之间为线性界,并据此给出参数化计数算法,在若干图类上优于既有方法。
2025-09-05 cs.CC cs.DS
Polynomial-Time Pseudodeterministic Construction of Primes
UC Berkeley(加州大学伯克利分校);University of Oxford(牛津大学);University of Warwick(华威大学)
本文提出了一种多项式时间伪确定性构造素数的算法,并扩展到一般密集属性的构造,改进了之前的亚指数时间方法。
2025-12-04 cs.CC cs.DM cs.DS
Maximum Clique in Disk-Like Intersection Graphs
研究了平面上凸体交图的最大团的复杂性。在算法方面,我们扩展多项式时间算法的单位磁盘[克拉克'90,Raghavan和Spinrad '03]的任何固定的凸集的翻译。我们还推广了有效的多项式时间近似方案(EPTAS)和次指数算法的磁盘[Bonnet等。'18,Bonamy等。'18]到一个固定的中心对称凸集的同位。关于这个主题的主要开放问题是圆盘图中最大团的复杂性。目前还不知道这个问题是否是NP难的。我们观察到,到目前为止,所有的硬度证明最大团的交集图类$\mathcal I$遵循相同的道路。证明了对于一个足够大的类$\mathcal C$的图$G$,其偶数剖分的补图属于交类$\mathcal I$ .然后他们得出结论调用类$\mathcal C$上的最大独立集的硬度,以及偶数细分保持该硬度的事实。然而,有一个强有力的证据表明,这种方法不能工作的磁盘图[Bonnet等人。我们提出了一种新的方法,基于一个问题,我们称之为最大间隔排列避免,我们证明不太可能有一个次指数时间近似方案。我们转移的硬度最大团相交图形的对象,可以是半平面(或单位磁盘)或轴平行的矩形。这个问题不适用于以前的办法。我们希望最大间隔置换避免的一个缩小的(仅仅是NP难的)变体可以帮助在磁盘的情况下取得进展,例如通过显示(凸)伪磁盘的NP难。
2020-03-05 cs.CC cs.CG cs.DS
The periodic structure of local consistency
本研究建立图随机游走混合行为与局部一致性算法求解CSP能力的关联,拓展至任意CSP及其承诺变体,得到非周期承诺CSP下该算法的线性最优下界,并完全分类其在近似图同态问题中的能力。
2024-10-31 cs.CC cs.DM cs.DS
Undecidability of Polynomial Inequalities in Subset Densities and Additive Energies
本文将加性组合学中的结果表述为子集密度及加性能量的多项式不等式,并借鉴图同态密度不可判定性技术,结合代数、图构造与 Fourier 分析,证明两类不等式有效性的不可判定性。
2025-05-12 cs.CC math.CO math.LO
Monotone Bounded Depth Formula Complexity of Graph Homomorphism Polynomials
Indian Institute of Technology Gandhinagar(印度理工学院甘地纳加尔分校)
研究通过袋状消除树定义了图同态和着色同构多项式的单调有界深度公式复杂度,证明其复杂度为Θ(n^{λ_Δ(H)}),并建立了单调电路与公式间的分离及深度层次。
2026-06-22 cs.CC
On the Threshold of Intractability
我们研究了图修改问题阈值编辑和链编辑的计算复杂性,增加和删除尽可能少的边,以将输入转换为阈值(或链)图。在这篇文章中,我们证明了这两个问题都是NP完全的,解决了Natanzon,Shamir和Sharan的一个猜想(离散应用数学,113(1):109- 128,2001)。在积极的一面,我们证明了这个问题承认一个二次顶点核。此外,我们给出了一个次指数时间参数化算法解决阈值编辑在$2^{O(\surd k \log k)} + \text{poly}(n)$时间,使之成为一个相对较少的自然问题,在这个复杂的类一般图。这些结果对社会网络分析领域具有更广泛的意义,Brandes(ISAAC,2014)最近的工作假定,到阈值图的最小编辑距离给出了节点中心性的一致性的良好度量。最后,我们证明了我们所有的正结果都扩展到了相关的链编辑问题,以及这两个问题的完成和删除变体。
2015-05-04 cs.CC cs.DS cs.SI
$C_{2k+1}$-coloring of bounded-diameter graphs
本文研究有界直径图上的奇圈同态问题,证明 $Hom(C_{2k+1})$ 在直径-$(k+1)$ 图上多项式时间可解,并给出直径-$(k+2)$ 图的次指数算法及更大直径下的 NP 难下界,同时将无三角形目标图的同态问题推广到直径-$2$ 图。
2024-10-22 cs.CC math.CO
Fine-Grained Equivalence for Problems Related to Integer Linear Programming
本文通过细粒度归约证明 Closest String、Discrepancy Minimization、Set Cover 和 Set Packing 等与整数线性规划相关的问题彼此等价,并将动态规划运行时间改进为 ${n'}^{O(m)} + O(nm)$。
2024-09-05 cs.CC cs.DS
Nonlinear Random Matrices and Applications to the Sum of Squares Hierarchy
The University of Chicago(芝加哥大学)
我们在非线性随机矩阵理论中开发了新的工具,并将其应用于研究平方和(SoS)层次结构在平均情况下的性能问题。SoS层次结构是一种强大的优化技术,在组合优化、鲁棒统计和机器学习中的各种问题上取得了巨大的成功。这是一个凸松弛族,让我们可以平滑地权衡近似保证的运行时间。在最近的工作中,它被证明是非常有用的恢复结构在高维噪声数据。这也是我们反驳臭名昭著的唯一博弈猜想的最佳方法。在这项工作中,我们分析了性能的SOS层次结构的基本问题,从统计,理论计算机科学和统计物理。特别是,我们展示了次指数时间的SoS下界的问题的Sherrington-Kirkpatrick哈密顿,种植略密子图,张量主成分分析和稀疏主成分分析。这些SoS下界涉及分析大型随机矩阵,其中是我们的主要贡献。这些结果提供了强有力的证据的真理和洞察力的低度似然比假设,一个重要的猜想,预测的权力有界时间算法的假设检验。我们还开发了通用工具来分析随机矩阵的行为,这些随机矩阵是独立随机变量的函数。为此,我们建立和推广的矩阵变体的Efron-Stein不等式。特别是,我们的一般定理矩阵浓度恢复各种结果,已出现在文献中。我们希望这些随机矩阵理论的想法有其他重要的应用。
2023-02-09 cs.CC cs.DS cs.LG
Dichotomy for orderings?
HUN-REN Alfréd Rényi Institute of Mathematics(匈牙利研究与创新网络阿尔弗雷德·雷尼数学研究所);Eötvös Lóránd University(罗兰大学);Department of Applied Mathematics (KAM) and Computer Science Institute (IUUK), Charles University(查理大学应用数学系(KAM)和计算机科学研究所(IUUK))
本文研究了顺序问题的二元性,证明了由有限禁止有序子图定义的顺序问题具有NP类的全部威力,并推翻了关于此类问题存在二元性的猜想。
2026-01-08 cs.CC
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
Induced Disjoint Paths Without an Induced Minor
本文证明在排除诱导子式的弦图类上诱导2-不相交路径问题仍是NP-完全的,并据此构造出判定次立方图作为诱导细分或诱导子式的NP-完全性结果,回答了多个开放问题。
2025-02-07 cs.CC cs.DM math.CO
New Techniques for Constructing Rare-Case Hard Functions
本文从NP完全语言出发构造在1/n^α比例实例上仍难以被多项式时间算法或多项式规模电路计算的罕见情况困难函数,并给出可验证性、RETH下亚指数困难性及与已有方法的比较。
2025-02-08 cs.CC