Parameterized complexity of $k$-Coloring in graphs with no long induced paths
Warsaw University of Technology(华沙理工大学)
该研究证明了无长导出路径图中k-着色和3-着色问题的参数化复杂性,解决了两个图论领域的长期开放问题,并基于指数时间假设给出了算法下界。
2026-09-14 cs.DS
Approximation Algorithms for Matroid-Intersection Coloring with Applications to Rota's Basis Conjecture
Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学);University of Pittsburgh(匹兹堡大学);University of Waterloo(滑铁卢大学);Pomona College(波莫纳学院)
本文提出多项式时间算法,对多Matroid交集着色问题进行近似,改进了Matroid交集着色的上界,并为罗塔基础猜想提供了构造性证明。
2026-10-30 cs.DS math.CO
Quasi-stable Coloring for Graph Compression: Approximating Max-Flow, Linear Programs, and Centrality
我们提出了拟稳定着色,稳定着色的一个近似版本。稳定着色,也称为颜色细化,是图论中用于对顶点进行分类的一种研究得很好的技术,可以用来构建图的紧凑无损表示。然而,由于它依赖于严格的对称性,它的实用性是有限的。使用颜色细化时,真实数据的压缩效果非常差。我们提出了第一个,据我们所知,近似的颜色细化方案,我们称之为准稳定着色。通过使用近似,我们减轻了对严格对称性的需要,并允许在压缩程度和表示的准确性之间进行权衡。我们研究三个应用:线性规划,最大流和介数中心性,并提供理论证据,在每种情况下,一个准稳定的着色可以导致良好的近似约简图。接下来,我们考虑如何计算一个最大的拟稳定着色:我们证明,在一般情况下,这个问题是NP-困难的,并提出了一个简单的,但有效的算法的基础上的启发式。最后,我们在几个实图上对拟稳定着色技术及其应用进行了实验评估,并与先验近似技术进行了比较。参考实现和实验代码可在https://github.com/mkyl/QuasiStableColors.jl上获得。
2022-11-29 cs.DS
Improved Approximation Algorithms for Weighted Edge Coloring of Graphs
研究了图的加权边染色问题,给出了一个带权的无向边加权的一般多重图$G := (V, E)$($w : E \rightarrow [0, 1]$).我们的目标是找到一个适当的加权着色的边缘尽可能少的颜色。一个边染色称为真加权染色,如果与任一颜色的顶点关联的边的权之和至多为1。在在线设置中,边缘被一个接一个地显示,并且一旦显示就必须被着色。我们表明,$3.39m+o(m)$颜色是足够的,当一个顶点的邻居在所有的顶点的最大数量是$o(m)$,其中$m$是最大的所有顶点的最小数量的单位大小的箱子需要包装的权重的入射边到该顶点。我们还证明了我们的分析的严密性。这改进了Correa和Goemans [STOC 2004]之前的$5m$最佳上限。对于离线的情况下,我们表明,对于一个简单的图与边缘不相交的周期,$m+1$颜色是足够的,对于多图树,我们表明,$1.693m+12$颜色是足够的。
2020-12-30 cs.DS
A $\frac{5}{2}$-Approximation Algorithm for Coloring Rooted Subtrees of a Degree $3$ Tree
如果通过用无向边替换$\vec{R}$的有向边而获得的树是$T$的子树,则有根树$\vec{R}$是树$T$的有根子树。我们研究的问题,分配最小数量的颜色给一个给定的一组有根的子树$\mathcal{R}$的一个给定的树$T$,这样,如果任何两个有根的子树共享一个有向边,那么它们被分配不同的颜色。即使在将$T$的度限制为$3$的情况下,该问题也是NP难的。我们提出了一个$\frac{5}{2}$ -近似算法。研究这个问题的动机源于在全光WDM树型网络中为组播业务请求分配波长的问题。
2018-05-21 cs.DS
Coloring Down: $3/2$-approximation for special cases of the weighted tree augmentation problem
在本文中,我们研究的加权树扩充问题(TAP),其目标是增加一棵树的最小成本集的边缘,使图成为两个边缘连接。首先,我们表明,在加权TAP,我们可以限制我们的注意力,这是二进制的树和所有的非树边缘之间的两个树叶。然后,我们给出了两个不同的自顶向下着色算法。这两种算法都不同于用于未加权TAP中的3/2近似的已知技术和当前试图达到加权TAP的3/2近似的技术。我们描述的第一个算法总是给出一个2-近似的任何可行的分数的解决方案的自然边缘覆盖LP。当分数阶解使得所有非零权值的边至少为$α$时,该算法实现了$2/(1+α)$ -近似。我们提出了一个新的猜想的极端点的LP松弛的问题,如果是真的,将导致建设性的证明的完整性差距最多3/2加权TAP。在第二个算法中,我们引入简单的有效约束的边缘覆盖LP。在该算法中,我们专注于缺陷边缘,边缘覆盖的程度小于4/3的分数的解决方案。我们表明,分数可行的解决方案,缺乏边缘发生在节点不相交路径的树。当这类路的个数至多为2时,我们给出了一个自顶向下的着色算法,该算法将3/2倍的分数阶解分解为整数阶解的凸组合。我们相信,我们的算法将是有用的,最终解决的完整性差距的线性规划制定TAP。我们还调查了TAP的一个变种,在解决方案中的每个边缘必须由一个周期的长度为3。在加权情形下给出了该问题的一个$Θ(\log n)$ -近似算法,在非加权情形下给出了一个4-近似算法.
2017-07-17 cs.DS
Distributed Minimum Vertex Coloring and Maximum Independent Set in Chordal Graphs
本文给出了弦图最小顶点着色和弦图最大独立集的确定性分布式$(1+ε)$ -近似算法。我们的着色算法在$O(\frac{1}ε \log n)$轮中运行,并且我们的独立集算法具有$O(\frac{1}ε\log(\frac{1}ε)\log^* n)$轮的运行时间。对于着色,现有的下限意味着对$\frac{1}ε$和$\log n$的依赖性是最好的。对于独立集,我们证明了$O(\frac{1}ε)$轮是必要的.我们的两个算法都利用输入弦图的树分解。它们迭代地剥离区间子图,区间子图通过输入图的树分解来识别,从而将顶点集划分为$O(\log n)$层。对于着色,每个区间图被独立着色,这导致层之间的各种着色冲突。然后,这些冲突在一个单独的阶段中解决,使用我们划分的特定结构。对于独立集,仅需要第一$O( \log \frac{1}ε)$层,因为它们已经包含足够大的独立集。我们开发了一个$(1+ε)$近似最大独立集算法的区间图,然后我们应用到这些层。这项工作提出了一个问题,如何有用的树分解是分布式计算。
2018-05-11 cs.DS
Efficiently Coloring the Intersection of a General Matroid and Combinatorial Matroids
University of Pittsburgh(匹兹堡大学);Pomona College(波莫纳学院);Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学)
研究针对一般拟阵\(M_1\)与\(k - 1\)个划分拟阵的交集染色问题,提出多项式时间\(O(k)\)近似算法,能对其交集进行染色,在特定情况下表现更优,改进了此前\(k = 2\)时\(O(\log n)\)的最佳近似比。
2026-10-01 cs.DS
Approximate Graph Coloring by Semidefinite Programming
We consider the problem of coloring k-colorable graphs with the fewest possible colors. We present a randomized polynomial time algorithm that colors a 3-colorable graph on $n$ vertices with min O(Delta^{1/3} log^{1/2} Delta log n), O(n^{1/4} log^{1/2} n) colors where Delta is the maximum degree of any vertex. Besides giving the best known approximation ratio in terms of n, this marks the first non-trivial approximation result as a function of the maximum degree Delta. This result can be generalized to k-colorable graphs to obtain a coloring using min O(Delta^{1-2/k} log^{1/2} Delta log n), O(…
1998-12-08 cs.DS
The Bounded Edge Coloring Problem and Offline Crossbar Scheduling
本文介绍了一个变种的经典边着色问题的图,可应用于离线调度问题的纵横开关。我们证明了这个问题是NP完全的,开发三个下界的最优解值和评估性能的几个近似算法,分析和实验。我们展示了如何近似最优解的最坏情况下的性能比$3/2$和我们的实验结果表明,最好的算法产生的结果,非常密切地跟踪一个下限。
2015-12-30 cs.DS
Constant-Time Dynamic $(Δ+1)$-Coloring and Weight Approximation for Minimum Spanning Forest: Dynamic Algorithms Meet Property Testing
除了少数例外(即,用于最大匹配的算法、$2$ -近似顶点覆盖和某些恒定拉伸的空间),一般图中的所有已知的完全动态算法都需要(摊销的)$Ω(\log n)$更新/查询时间。证明了以下结果:(1)给出了一个具有恒定平均更新时间的全动态(Las-Vegas风格)算法,该算法保持了最大度不超过$Δ$的图的正确$(Δ+1)$ -顶点着色.这改进了Bhattacharya等人先前的$O(\log Δ)$时间算法(SODA 2018)。我们表明,我们的结果不仅有最佳的运行时间,但也是最佳的意义上说,已经决定是否$Δ$着色存在于一个动态变化的图中,最大程度的$Δ$需要$Ω(\log n)$时间每操作。(2)我们给出了两个完全动态的算法,保持$(1+\varepsilon)$ -近似的最小生成森林的图$G$与边的重量在$[1,W]$的重量$M$。我们的确定性算法需要$O({W^2 \log W}/{\varepsilon^3})$最坏情况下的时间,这是恒定的,如果$W$和$\varepsilon$是常数。这是有点令人惊讶的,作为一个较低的边界由帕特拉斯库和Demaine(SIAM J. COMPUT。2006)表明,每次操作都需要$Ω(\log n)$时间来保持MSF的确切重量,即使对于$W=1$也是如此。我们的随机(蒙特卡洛风格)算法的工作概率很高,并运行在最坏情况下的$O(\frac{1}{\v…
2019-07-10 cs.DS
Strong Conflict-Free Coloring of Intervals
我们考虑直线上的一组点关于一族区间的k-强无冲突着色:直线上的每个点必须被赋予一种颜色,使得着色必须是无冲突的,在这个意义上,在每个区间I中至少有k种颜色,每种颜色在I中只出现一次。在本文中,我们提出了一个多项式算法的一般问题,该算法有一个近似因子5-2/k时,k \geq 2和近似因子2,k=1。在特殊情况下,家庭包含所有可能的区间上的给定的一组点,我们表明,2近似算法存在,任何k \geq 1。
2012-05-09 cs.DM cs.DS
On $b$-Matching and Fully-Dynamic Maximum $k$-Edge Coloring
本文研究动态图上的最大 k-边着色问题,利用 b-匹配与 k-边着色的近似关系,基于动态 b-匹配算法作为黑盒提出 MatchO、MatchA 和贪心算法,分别在不同对手模型下实现改进的近似比与更新时间。
2025-04-10 cs.DS
Parameterized and Approximation Algorithms for the Load Coloring Problem
设$c, k$是两个正整数,$G=(V,E)$是一个图. $(c,k)$ -负载着色问题(表示为$(c,k)$-LCP)询问是否存在$c$ -着色$φ: V \rightarrow [c]$,使得对于每个$i \in [c]$,至少存在两个端点都着色为$i$的$k$边. Gutin和Jones(IPL 2014)使用$c=2$研究了这个问题。他们通过获得至多具有$7k$顶点的核,证明了$(2,k)$ -LCP是具有参数$k$的固定参数可处理(FPT)。在本文中,我们扩展到任何固定的$c$的线性顶点和线性边核的研究。在$c=2$的特定情况下,我们得到一个核,小于$4k$顶点和小于$8k$边。这些结果意味着,对于任何固定的$c\ge 2$,$(c,k)$是FPT,并且$(c,k)$的优化版本(其中$k$将被最大化)具有对于任何固定的$c\ge 2$具有恒定比率的近似算法.
2014-12-18 cs.DM cs.DS
Hardness and Approximation for Coloring Digraphs
University of Sheffield(谢菲尔德大学);G-SCOP, Grenoble-INP(格勒诺布尔INP G-SCOP);CNRS and LIP, ENS Lyon(法国国家科学研究中心与里昂高等师范学校LIP实验室);Fudan University(复旦大学)
本文研究了有向图着色问题的难度及近似算法,证明了即使在竞赛图中,近似着色和确定二染色数仍与无向图在一般图上的难度相当,并提出了针对特殊情形的改进算法。
2026-05-19 cs.DS
Counting independent sets and colorings on random regular bipartite graphs
本文给出了一个计算几乎所有$Δ$ -正则二部图的独立集个数的完全多项式时间近似方案(FPTAS),如果$Δ\ge 53$。在加权的情况下,对于所有充分大的整数$Δ$和权参数$λ=\tildeΩ\left(\frac{1}Δ\right)$,我们也得到了几乎所有$Δ$ -正则二部图上的FPTAS.我们的技术基于Jenssen,Keevash和Perkins(SODA,2019)的最新工作,我们还应用它来确认那里提出的一个开放问题:对于所有$q\ge 3$和足够大的整数$Δ=Δ(q)$,存在一个FPTAS来计算几乎每个$Δ$ -正则二部图上的$q$ -着色的数量。
2019-03-18 cs.DS
Parameterized Algorithms for Conflict-free Colorings of Graphs
本文研究了由邻域诱导的图的无冲突染色。图的染色是无冲突的,如果每个顶点在其邻域内都有唯一着色的顶点。无冲突着色问题是用最少的颜色数对图的顶点进行着色,使得着色是无冲突的。我们考虑封闭的邻域,其中一个顶点的邻域包括自己,和开放的邻域,其中一个顶点不包括在其邻域。研究了无冲突闭邻域染色和无冲突开邻域染色问题的参数化复杂性。我们发现,这两个问题是固定参数易处理(FPT)时,参数化的输入图的集群顶点删除数。这推广了Gargano等人的结果。(2015)无冲突着色是由顶点覆盖数参数化的固定参数易处理的。此外,我们发现,这两个问题承认一个添加剂常数近似算法时,参数化的距离阈值图。我们还研究了特殊图类上问题的复杂性。我们证明了这两个问题都可以在上图的多项式时间内得到解决。对于分裂图,我们给出了闭邻域无冲突染色问题的多项式时间算法,而我们证明了开邻域无冲突染色是NP-完全的。我们发现,区间图可以是无冲突着色使用最多四种颜色。
2017-09-30 cs.DS
Exponential Time Approximation for Coloring 3-Colorable Graphs
本研究针对3-可着色图的指数时间近似着色问题,基于已有工具提出新算法,实现了用O(r)种颜色着色的运行时间渐近优于此前SODA 2022工作给出的界,优化了运行时间与近似比的权衡。
2024-06-21 cs.DM cs.DS
The min-max edge q-coloring problem
在本文中,我们介绍和研究一个新的问题命名为\emph{min-max edge $q$-coloring},这是在无线网状网络中的应用的动机。问题的输入由无向图和整数$q$组成。目标是用尽可能多的颜色对图的边进行着色,使得:(a)任何顶点与至多$q$不同的颜色关联,以及(b)颜色组(即相同着色的边的集合)的最大大小被最小化。结果表明:1.最小-最大边$q$ -着色是NP难的,对于任何$q \ge 2$。2.树的极大极小边$q$ -染色的多项式时间精确算法。3.团最优解的精确公式及双团和超图的几乎紧界。4.最优解关于图的平均度的一个非平凡下界。5.平面图的一种近似算法。
2013-02-14 cs.DS
The Edge Group Coloring Problem with Applications to Multicast Switching
本文介绍了一个自然的推广经典的边着色问题的图,提供了一个有用的抽象的两个著名的问题,组播交换。我们证明了这个问题是NP-难的,并评估了几种近似算法的性能,分析和实验。我们发现,对于随机$χ$ -着色图,最好的算法所使用的颜色的数量属于一个小的常数因子的$χ$,其中的常数因子主要是一个函数的输出到输入的数量的比率。当此比率小于10时,最佳算法生成的解决方案使用的颜色少于$2χ$。此外,研究的算法之一,发现高质量的近似解决方案的任何图形具有高概率,其中低质量的解决方案的概率是一个函数的随机选择的算法。
2015-12-30 cs.DS
Approximating Maximum Edge 2-Coloring by Normalizing Graphs
本文研究最大边2-着色问题(ME2C),针对具有完美匹配、无爪图及次三次图等特殊图类,分别给出了1.625和1.5近似比的多项式时间算法,突破了此前1.5的UG困难界限。
2025-03-05 cs.DM cs.DS
Heuristic algorithms for the min-max edge 2-coloring problem
在多信道无线网状网络(WMN)中,每个节点能够使用多个不重叠的频率信道。Raniwala等人(MC 2 R 2004,INFOCOM 2005)提出并研究了几种这样的体系结构,其中计算机可以具有多个网络接口卡。这些体系结构被建模为一个名为\emph{maximum edge $q$-coloring}的图形问题,并在几篇论文中研究冯等。al(TAMC 2007),Adamaszek and Popa(ISAAC 2010,JDA 2016).后来Larjomaa和Popa(IWOCA 2014,JGAA 2015)定义并研究了一种替代变体,命名为\emph{min-max edge $q$-coloring}。本文主要从理论上研究了图的最大边$q$染色和极小极大边$q$染色问题。本文从实用的角度研究了极大极小边2-染色问题。更确切地说,我们介绍,实施和测试四个启发式近似算法的最小最大边$2$着色问题。这些算法分别基于基于\emph{Breadth First Search}(BFS)的启发式和\emph{local search}方法,如基本\emph{hill climbing}、\emph{simulated annealing}和\emph{tabu search}技术。尽管Larjomaa和Popa提出了用于特定图类的几种算法(例如,树,平面图,团,双团,超图),我们设计了…
2018-10-06 cs.DS
Finding Colorings in One-Sided Expanders
ETH Zurich(苏黎世联邦理工学院)
本文在单侧扩张图中提出新的算法方法,改进了独立集和顶点覆盖问题的近似算法,并证明了在特定条件下着色问题的计算复杂性。
2025-11-20 cs.DS
Towards a Parameterized Approximation Dichotomy of MinCSP for Linear Equations over Finite Commutative Rings
本文研究有限交换环上 MIN-r-LIN(R) 问题的参数化近似,为 Bergen 环类设计常数因子 FPT 近似算法,并通过下界证明 r>2 时及非 Helly 环、非 lineal 环情形下不可近似,向建立参数化近似二分定理迈出关键一步。
2024-11-18 cs.DS
Deterministic Distributed Edge-Coloring via Hypergraph Maximal Matching
我们提出了一个确定性的分布式算法,计算$(2Δ-1)$边着色,甚至列表边着色,在任何$n$节点图与最大程度$Δ$,在$O(\log^7 Δ\log n)$轮。这就回答了\emph{distributed graph algorithms}在20世纪80年代末提出的一个长期悬而未决的问题,即要求使用多周期时间算法。参见,例如,Barenboim和Elkin的分布式图着色书中的开放问题4。之前最好的回合复杂度是Panconesi和Srinivasan的$2^{O(\sqrt{\log n})}$ [STOC'92]和Fraigniaud、Heinrich和Kosowski的$\tilde{O}(\sqrtΔ) + O(\log^* n)$ [FOCS'16]。我们的确定性列表边着色的一个推论也提高了随机化的复杂性$(2Δ-1)$边着色聚$(\log\log n)$轮。关键的技术成分是一个确定性的分布式算法\emph{hypergraph maximal matching},我们相信这将是超越这一结果的兴趣。在任意秩为$r$的超图中,每个超边最多有$r$个顶点,每个超图有$n$个节点和最大度$Δ$,该算法在$O(r^5 \log^{6+\log r } Δ\log n)$轮中计算最大匹配.这种超图匹配算法及其扩展导致了一些其他的结果。特别地,用于具有有界邻域独立性的图的多对数时间确定性分…
2017-04-10 cs.DS
Approximation Algorithms for Partially Colorable Graphs
图的着色问题是算法理论研究的一个中心课题。研究了部分可着色图的部分着色问题。对于$α\leq 1$和$k \in \mathbb{Z}^+$,我们说一个图$G=(V,E)$是$α$ -部分$k$ -可着色的,如果存在基数$ |S | \geq α| V |$的子集$S\subset V$,使得在$S$上导出的图是$k$ -可着色的。部分$k$ -可着色性是一个比$k$ -可着色性更鲁棒的图的结构性质.对于在实践中出现的图,部分$k$ -可着色性可能是比$k$ -可着色性更好的概念,因为在实践中出现的数据通常包含各种形式的噪声。我们给出了一个多项式时间算法,作为输入的$(1 - ε)$ -部分$3$ -可着色图$G$和一个常数$γ\in [ε, 1/10]$,并使用$\tilde{O}\left(n^{0.25 + O(γ^{1/2})} \right)$颜色的$(1 - ε/γ)$分数的顶点。我们还研究了部分$3$ -可着色图和部分$2$ -可着色图的自然半随机实例族,并给出了这些实例族的更强的双准则逼近保证。
2019-08-30 cs.DS
Uniquely restricted matchings and edge colorings
如果没有其他匹配覆盖完全相同的顶点集,则图中的匹配是唯一受限的。这个概念是由Golumbic,赫斯特和Lewenstein定义的,并在许多文章中进行了研究。我们的贡献是双重的。本文给出了计算某些二部图的最大尺寸唯一限制匹配的近似算法。特别是,我们实现了$9/5$的比率为亚立方二部图,改进了Mishra提出的$2$近似算法。此外,我们还研究了图的唯一限制色指数,定义为图的边集可划分的唯一限制匹配的最小数目。我们提供了严格的上界的最大程度和特征的极值图。我们的建设性证明产生了有效的算法来确定相应的边缘着色。
2016-11-21 cs.DM cs.DS math.CO
Algorithmic Reductions: Network Flow and NP-Completeness in Real-World Scheduling Problems
University of Florida(佛罗里达大学);Manipal University Jaipur(贾伊普尔马尼帕尔大学);JK Lakshmipat University(JK拉克什米帕特大学);Poornima University(波尔尼玛大学)
本文通过网络流和NP完全性分析,解决现实中的医院患者分配和大学课程安排问题,并提供高效的算法方案与实验验证。
2026-01-11 cs.DS
On the Parameterized Complexity of the Maximum Edge Coloring Problem
我们研究了无线网络中的信道分配问题所引发的边着色问题的参数化复杂性。对于一个整数q>1和一个图G,目标是找到一个具有最大颜色数的图G的边的着色,使得图的每个顶点最多看到q种颜色。这个问题对于q>1是NP难的,并且已经从近似的角度得到了很好的研究。我们主要关注的是q=2的情况,这在理论上已经很复杂,而且与实际相关。我们展示了固定参数易于处理的算法的标准和双参数,并为后者的问题,结果是基于一个线性顶点核。
2013-06-12 cs.DM cs.DS
Algorithms for the minimum sum coloring problem: a review
最小和着色问题(MSCP)是著名的顶点着色问题的一个变体,它有许多与AI相关的应用。由于其理论和实践的相关性,MSCP越来越受到人们的关注。关于这个问题的唯一现有综述可以追溯到2004年,主要涵盖了MSCP的历史和特定图形的理论发展。近年来,该领域在近似算法和实用求解算法方面取得了重大进展。本文的目的是提供一个全面的检查最新的和代表性的MSCP算法。为了提供信息,我们确定了通用框架,然后是实用的解决方案算法和使它们成功的关键因素。通过对主要的搜索策略进行分类,并提出所综述方法的关键要素,我们希望鼓励未来开发更强大的方法,并激励新的应用。
2016-06-13 cs.DM cs.DS
Improved Approximations for Coflow Scheduling via Iterated Rounding and Stable Matchings
针对Coflow调度问题,提出结合迭代舍入与Gale-Shapley稳定匹配的确定性多项式时间算法,将无释放日期和整数释放日期下的近似比分别提升至2.77和3.17,优于现有结果。
2026-10-14 cs.DS
Counting hypergraph colorings in the local lemma regime
本文给出了一个计算最大度$Δ$的$k$ -一致超图的$q$ -染色数的完全多项式时间近似方案(FPTAS),如果$k\ge 28$和$q >357Δ^{\frac{14}{k-14}}$是相同的.当$q>931Δ^{\frac{16}{k-16/3}}$为零时,我们还得到了一个多项式时间的几乎均匀采样器.这些是$q\llΔ$体系中的第一近似计数和采样算法(对于大$Δ$和$k$),无需任何附加假设。我们的方法基于Moitra最近的工作(STOC,2017)。我们的一个重要贡献是消除了Moitra方法中对$k$和$Δ$的依赖性。
2019-05-31 cs.DM cs.DS math.CO
Distance Recoloring
Mie University(三重大学);National Institute of Informatics(国立情报学研究所);VNU University of Science, Vietnam National University(越南国立大学科学技术大学)
研究探讨了距离着色重配置问题,证明对于d≥3,平面图、双色图等的(d,k)-着色重配置问题均为PSPACE难,且在路径图上设计了二次时间算法。
2026-05-16 cs.DM cs.DS
Solving Multi-Coloring Combinatorial Optimization Problems Using Hybrid Quantum Algorithms
设计一个好的算法来解决NP难的组合逼近问题需要特定的领域知识的问题,往往需要一个试错的问题解决方法。图着色是为组合应用提供有效解决方案的重要领域之一,例如航班调度,网络中的频率分配和寄存器分配。特别是,已经提出了一些优化算法来解决多着色图问题,但大多数情况下,一个简单的搜索方法将是最好的方法来找到一个最佳的解决方案,图着色问题。然而,这种简单的方法会随着图形大小和颜色数量的增加而指数级地增加计算成本。为了减轻这种无法忍受的开销,我们研究了利用量子计算特性在多项式时间内找到多色图问题的解决方案的方法。我们利用变分量子本征求解器(VQE)技术和量子近似优化算法(QAOA),通过将每个问题模型转化为相应的伊辛模型,并利用计算出的哈密顿矩阵,求解了三个组合应用问题.我们的研究结果表明,VQE和QAOA算法可以找到一个最好的解决方案,为每个应用程序。因此,我们的建模方法与混合量子算法可以适用于在各个领域的组合问题,找到一个最佳的解决方案在多项式时间。
2019-12-02 cs.DS quant-ph
Conflict-free coloring with respect to a subset of intervals
给定一个超图H =(V,E),如果对每个超边S \in E,S中至少有一个顶点的颜色与S中所有其他顶点的颜色不同,则称H的顶点的染色是无冲突的.离散区间超图Hn是顶点集为{1,...,n}和超边集{1,.,n}。本文给出了H_n的任意子超图的无冲突着色的一个多项式时间算法,证明了该算法的逼近比为2,并证明了我们的分析是严密的,即,存在一个子超图,该算法针对该子超图计算使用两倍于最优解的颜色数量的解。我们还表明,问题的决定是否一个给定的子超图Hn可以着色与最多k种颜色有一个拟多项式时间的算法。
2012-04-28 cs.DM cs.DS math.CO
An FPTAS for Counting Proper Four-Colorings on Cubic Graphs
图着色可以说是近似计数领域中研究最彻底的问题。证明了存在一个完全多项式时间(随机)近似方案(FPTAS/FPRAS),用于计算只要$q \geq Δ+ 1$的正确着色数,其中$q$是图的颜色数,$Δ$是图的最大度. $q = Δ+ 1$的界是$Δ$ -正则无限树上Gibbs测度的唯一性阈值.然而,即使对于任何固定的$Δ\geq 3$($Δ=1, 2$的情况是微不足道的),该猜想仍然是开放的。本文设计了一个计算图的最大度$3$的正确$4$ -着色数的FPTAS,从而在$Δ=3$的情况下证实了猜想.这是第一次达到这个最佳界的$q = Δ+ 1$。以前,最好的FPRAS需要$q > \frac{11}{6} Δ$和最好的确定性FPTAS需要$q > 2.581Δ+ 1$一般的图。在$Δ=3$的情况下,最好的先前结果是用于计数正确5-着色的FPRAS。我们注意到,有一个障碍,以超越$q = Δ+ 2$单点Glauber动力学为基础的FPRAS,我们克服了相关衰减方法。此外,我们开发了一些新的技术的相关衰减的方法,可以找到应用在其他近似计数问题。
2016-11-13 cs.DS math.CO
Sliding Window Temporal Graph Coloring
图着色是一个非常著名的计算问题,它在规划和调度、资源分配和模式匹配等领域有着广泛的应用。到目前为止,着色问题主要是在静态图上研究的,这通常与数据本质上是动态的并且随时间离散变化的实践形成鲜明对比。时间图是其边被分配一组整数时间标签的图,其指示边在哪些离散时间步处是活动的。在本文中,我们提出了一个自然的时间扩展的经典图着色问题。给定一个时间图和一个自然数$Δ$,我们要求每个顶点的着色序列,使得(i)在$Δ$连续时间步长的每个滑动时间窗口中,其中一条边是活动的,该边在该时间窗口期间至少被正确着色一次(即,其端点被分配两种不同的颜色),以及(ii)不同颜色的总数被最小化。这个滑动窗口的时间着色问题抽象地捕捉到许多现实的图着色的情况下,底层网络随着时间的推移而变化,如动态分配通信信道移动代理。我们提出了一个彻底的调查这个时间着色问题的计算复杂性。更具体地说,我们证明了强大的计算硬度的结果,辅以高效的精确和近似算法。我们的一些算法是线性时间固定参数易于处理的适当的参数,而另一些是渐近几乎最优的指数时间假设(ETH)。
2019-01-26 cs.CC cs.DM cs.DS
On the Probe Complexity of Local Computation Algorithms
局部计算算法(LCA)模型是针对具有巨大输入和输出的问题实例的计算模型。对于图问题,使用探测器访问输入图:强探测器(SP)指定顶点$v$并接收$v$的邻居列表作为回复,弱探测器(WP)指定顶点$v$和端口号$i$并接收$v$的$i^{th}$邻居作为回复.给定本地查询(例如,“某个顶点是否在输入图的顶点覆盖中?),LCA应该计算相应的本地输出(例如,“是”或“否”)同时仅进行少量的探测,要求所有局部输出形成单个全局解(例如,合法顶点覆盖)。我们研究了LCAs的探测复杂性,这些LCAs需要在可能具有任意大度数的图上工作。特别地,期望这样的LCA探测图的次数显著小于最大、平均或甚至最小程度。对于弱探针,我们主要研究弱染色问题。在我们的结果中,我们证明了弱3-着色和弱2-着色之间的分离:$\log^* n + O(1)$弱探针足以弱3-着色,但$Ω\left(\frac{\log n}{\log\log n}\right)$弱探针是必需的弱2-着色。对于强探针,我们考虑随机LCA的顶点覆盖和最大/最大匹配。我们的阴性结果包括显示存在图,其中找到\emph{maximal}匹配需要$Ω(\sqrt{n})$强探针。在积极的一面,我们设计了一个随机的LCA,发现$(1-ε)$近似\emph{maximum}匹配在正规图,并使用$\frac{1}{ε}^{O\left( \frac{1}{ε^…
2017-03-22 cs.DS
Decay of correlation for edge colorings when $q>3Δ$
本文研究了图边着色分布的相关性衰减,证明了在 $q\ge 3Δ$ 时一般图的耦合独立性从而推导出 FPTAS,在 $q> (3+o(1))Δ$ 时树上的强空间混合性质,并刻画了树上弱空间混合性质成立的充要条件为 $q\ge 2Δ-1$。
2025-06-02 cs.DS math.PR
Algorithms for Discrepancy, Matchings, and Approximations: Fast, Simple, and Practical
Université Paris Cité(巴黎西岱大学);IRIF(法国信息与自动化研究所(IRIF));CNRS(法国国家科学研究中心);DI ENS, Université PSL(巴黎文理研究大学信息学系);Université Sorbonne Paris Nord(巴黎索邦北大学);Laboratoire LIPN(LIPN实验室)
我们研究了数据近似和优化的关键工具之一:低差异着色。形式上,给定一个有限集系统$(X,\mathcal S)$,二色$χ:X\to\{-1,1\}$的\emph{discrepancy}定义为$\max_{S \in \mathcal S}|{χ(S)}|$,其中$χ(S)=\sum\limits_{x \in S}χ(x)$。我们提出了一个随机算法,对于任何$d>0$和$(X,\mathcal S)$与双粉碎功能$π^*(k)=O(k^d)$,返回一个着色与预期的差异$O\left({\sqrt{|X|^{1-1/d}\log|\mathcal S|}}\right)$(这个界是紧的)在时间$\tilde O\left({|\mathcal S|\cdot|X|^{1/d}+|X|^{2+1/d}}\right)$,提高了以前的最佳时间$O\left(|\mathcal S|\cdot|X|^3\right)$的至少一个因素$|X|^{2-1/d}$时,$|\mathcal S|\geq|X|$。这种设置包括许多几何类,有界对偶VC维族等。作为一个直接的后果,我们得到了一个改进的算法来构建$\varepsilon$ -近似的次二次大小。我们的方法使用原始-对偶重新加权与随机更新的权重的改进分析,并通过具有低交叉数的匹配利用集合系统的结构特性-计算几何中的基本结构。特别是,我们得到…
2022-09-02 cs.CG cs.DS cs.LG
Maximum Matching-Match: Hardness and Approximation
University of Bucharest(布加勒斯特大学);National Institute for Research and Development in Informatics(信息技术研究与开发国家研究所)
本文研究匹配-匹配谜题的优化变体MaxMMP,通过从Max-Cut归约证明其APX-hard,并针对不同实例类型给出多种近似算法及在树和余图上的精确算法。
2026-09-09 cs.CC cs.DS
Finding Triangles or Independent Sets; and Other Dual Pair Approximations
本文提出多个新算法,在图中寻找三角形或独立集/图着色近似,并引入对偶对概念,以在难以单独求解时高效找到两者之一。
2024-02-11 cs.DS
Approximating the Regular Graphic TSP in near linear time
本文提出了一种计算无向正则图中旅行推销员行程的随机近似算法。给定一个$n$ -顶点,$k$ -正则图,该算法以高概率在$O(nk \log k)$时间内计算出长度最多为$\left(1+\frac{7}{\ln k-O(1)}\right)n$的路线.这改进了Vishnoi(\cite{Vishnoi12},FOCS 2012)针对同一问题的最新结果,包括近似因子和运行时间。我们的算法的关键成分是一种技术,使用边着色算法采样周期覆盖$O(n/\log k)$周期具有高概率,在近线性时间。此外,我们还给出了一个确定性的$\frac{3}{2}+O\left(\frac{1}{\sqrt{k}}\right)$因子近似算法$O(nk)$。
2014-06-13 cs.DS
An Efficient Reduction of a Gammoid to a Partition Matroid
我们的主要贡献是一个多项式时间的算法,减少一个$k$ -着色gammoid的$(2k-2)$ -着色分区拟阵。已知存在不能约化为任何$(2k-3)$ -可着色划分拟阵的伽玛阵,因此这个结果是紧的。然后,我们将讨论如何减少可以用来获得多项式时间的算法,更好的近似比各种自然问题的着色和列表着色的交集拟阵。
2021-07-08 cs.DS 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
Constant-factor approximation of MinCostCSP with a conservative majority polymorphism
Jagiellonian University(雅盖隆大学);University of Oxford(牛津大学)
研究MinCostCSP(A)的常数因子近似,针对承认保守多数多态性结构A,通过证明二分法迈出分类第一步,其二分法标准非代数条件且不可避免,还论证不存在相关代数条件。
2026-11-04 cs.CC cs.DM cs.DS
Parameterized (Approximate) Defective Coloring
在缺陷着色中,我们给出了一个图$G = (V, E)$和两个整数$χ_d, Δ^*$,并询问我们是否可以将$V$划分为$χ_d$颜色类,以便每个类都导出一个最大度$Δ^*$的图。我们调查的复杂性,这方面的推广着色几个研究良好的图形参数,并表明,该问题是W-硬参数树宽,路径宽度,树深度,或反馈顶点集,如果$χ_d = 2$。正如预期的那样,这个硬度可以扩展到更大的$χ_d$值的这些参数中的大多数,有一个令人惊讶的例外:我们表明,该问题是FPT参数化的反馈顶点集的任何$χ_d \ge 2$,因此2-着色是这个参数的唯一困难的情况。除此之外,我们给出了一个基于ETH的树宽和路径宽度的下界,表明没有算法可以解决$n^{o(pw)}$中的问题,基本上与标准技术获得的算法的复杂性相匹配。我们补充这些结果,考虑问题的逼近性,并表明,相对于$Δ^*$,问题承认一个算法,任何$ε> 0$运行的时间$(tw/ε)^{O(tw)}$,并返回一个解决方案,正是所需的颜色,近似最佳的$Δ^*$内$(1 + ε)$。我们还给出了一个$(tw)^{O(tw)}$算法,该算法在2-逼近$χ_d$的最小值的同时精确地达到了所需的$Δ^*$。我们表明,这是接近最优的,通过建立没有FPT算法可以(在标准假设下)实现一个更好的$3/2$ -近似$χ_d$,即使当一个额外的常数添加剂误差也是允许的。
2018-01-11 cs.CC cs.DS
A $4/5$ - Approximation Algorithm for the Maximum Traveling Salesman Problem
在最大旅行商问题(Max TSP)中,我们给出了一个边具有非负权重的完全无向图,我们希望计算最大权重的旅行商之旅。提出了一种求解MaxTSP问题的快速组合$\frac 45$ -近似算法。此问题以前的最佳近似是$\frac 79$。该算法基于一种新的半边去难子图技术、一种新的边着色方法和一种边交换技术。边$e=(u,v)$的半边非正式地说是“包含$u$或$v$的$e$的一半“。
2016-03-20 cs.DM cs.DS
Sublinear Time and Space Algorithms for Correlation Clustering via Sparse-Dense Decompositions
Rutgers University(罗格斯大学)
我们提出了一种新的方法来解决(最小分歧)的相关聚类,结果在次线性算法与高效的时间和空间复杂度为这个问题。特别是,我们获得了以下算法的$n$ -顶点$(+/-)$ -标记的图形$G$:-一个次线性时间算法,以高概率返回一个恒定的近似聚类的$G$在$O(n\log^2{n})$时间假设访问的邻接列表的$(+)$ -标记的边缘$G$(这几乎是二次方快于甚至读取输入一次)。以前,没有次线性时间算法是已知的这个问题的任何乘法近似保证。--半流算法,其以高概率返回$G$在$O(n\log{n})$空间中的恒定近似聚类和在图$G$的边缘上的单次通过(该存储器几乎是输入大小的二次方)。以前,没有一个单遍算法与$o(n^2)$空间是已知的这个问题的任何近似保证。我们的方法的主要成分是一个新的连接到稀疏密集图分解,广泛用于图着色文献。据我们所知,这种连接是这些分解超出图着色的第一个应用,特别是相关聚类问题,可以独立的兴趣。
2021-09-29 cs.DS cs.LG
A Dichotomy Theorem for Multi-Pass Streaming CSPs
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
本文研究了多轮流式处理CSPs的二元定理,提出了一种常数轮次的随机流式算法,以及证明了任何解决特定CSPs问题的算法必须使用Ω(n^{1/3}/p)空间。
2026-04-01 cs.CC cs.DS
Conflict-Free Coloring of Planar Graphs
图的无冲突k-染色将k种不同颜色中的一种分配给某些顶点,使得对于每个顶点v,都有一种颜色分配给v和v的邻居中的一个顶点。这种着色在无线网络、机器人和几何学中有应用,并且在图论中得到了很好的研究。本文研究了无冲突色数chi_CF(G)(存在无冲突k-着色的最小k)的自然问题。我们提供了封闭邻域N[v]的结果,其中顶点v是其邻域的成员,以及开放邻域N(v)的结果,其中顶点v不是其邻域的成员。对于闭邻域,我们证明了著名的Hadwiger猜想的无冲突变体:如果任意图G不包含K_{k+1}作为子图,则chi_CF(G)<= k.对于平面图,我们得到了一个紧的最坏情况界:三种颜色有时是必要的,总是足够的。我们还给出了无冲突着色的计算复杂性的完整刻画。判定chi_CF(G)<= 1对于平面图G是NP-完全的,而对于外平面图G是多项式的.此外,判定chi_CF(G)<= 2对于平面图G是NP-完全的,但对于外平面图G总是成立的.对于最小化着色顶点数的双准则问题,我们给出了一个完整的算法的复杂性和近似的外平面和平面图。对于开邻域,我们证明了每个平面二部图都有最多四种颜色的无冲突着色;另一方面,我们证明了对于{1,2,3}中的k,判断平面二部图是否具有无冲突k-着色是NP完全的。此外,我们建立了任何一般的}平面图有一个冲突的无染色,最多有八种颜色。
2018-09-12 cs.DM cs.DS math.CO
Asymptotically Optimal Inapproximability of Maxmin $k$-Cut Reconfiguration
本文证明 Maxmin $k$-Cut 重构问题的最优近似因子为 $1 - \Theta(1/k)$,并给出 PSPACE-困难性下界与多项式时间算法上界。
2025-03-29 cs.CC cs.DM cs.DS
A fine-grained dichotomy for the center problem on Gromov hyperbolic graphs
National Institute for Research and Development in Informatics(国家信息与信息技术研发研究所);University of Bucharest(布加勒斯特大学)
研究了小Gromov超几何图上中心问题的细粒度复杂性,提出在1/2-超几何图中线性时间算法,并在Hitting Set猜想下排除1-超几何图的算法存在性。
2026-05-02 cs.CC cs.DS
A Dichotomy for Maximum PCSPs on Graphs
University of Marburg(马尔堡大学);University of Oxford(牛津大学)
研究图上最大PCSPs问题的二元性,证明在唯一游戏猜想下,只有当G为二分图且H包含三角形时问题可解。
2026-08-10 cs.CC cs.DM cs.DS