Approximate counting of vertices of 0/1 polytopes: a stronger hardness result
University of Edinburgh(爱丁堡大学);Queen Mary, University of London(伦敦玛丽女王大学)
该研究证明0/1多面体顶点近似计数问题是NP困难的,无FPRAS除非RP=NP,通过图同态近似计数归约得到,思路来自GPT-5.6 Sol Ultra。
2026-08-26 cs.CC math.CO
Approximating observables is as hard as counting
研究了Gibbs分布局部观测量估计的计算复杂性。一个简单的组合例子是图中独立集的平均大小。在最近的工作中,我们建立了NP-硬度近似的平均尺寸的独立集利用相应的优化问题的硬度和相关的相变行为。在这里,我们考虑的是底层优化问题很容易解决的设置。我们的主要贡献是分类的复杂性近似一类广泛的观测量通过一个通用的减少近似计数估计本地观测量的问题。其核心思想是利用观测值来插值计数问题。使用这种新的方法,我们能够研究二分图的基本优化问题是容易的,但计数问题被认为是困难的可观的。被排除在以前的硬度结果的研究最好的一类图是二部图。我们建立硬度估计的平均大小的独立集的最大程度6的二分图,更一般地说,我们表现出严格的硬度结果一般顶点边缘可观的反铁磁2-自旋系统的二分图。我们的技术超越了2-自旋系统,并为铁磁Potts模型,我们建立硬度近似的单色边缘的数量在同一区域的近似计数结果的已知硬度。
2022-06-23 cs.CC cs.DM
The challenges of unbounded treewidth in parameterised subgraph counting problems
参数化子图计数问题是参数化计数理论中研究最深入的课题,近年来取得了重要进展。许多现有的参数化问题,其中涉及到寻找或计数的子图具有特定的属性依赖于这些子图的树宽在某种意义上的边界的易处理的结果,在这里,我们证明了一些硬度结果的情况下,这种有界树宽条件不成立,导致二分法的一般子图计数问题的一些特殊情况。本文还给出了一个彻底的调查已知的结果在这个问题上使用的方法,以及讨论之间的关系多色和无色版本的子图计数问题,精确计数,近似计数和相应的决策问题。
2015-05-29 cs.CC cs.DM math.CO
Counting Small Induced Subgraphs: Hardness of Symmetry-Based Properties
University of Regensburg(雷根斯堡大学);IT University of Copenhagen(哥本哈根信息技术大学)
本文证明计数无平凡自同构的k顶点诱导子图是#W[1]-难的,通过构造“团脚手架”从k-团问题归约,并推广到任意有限群Q。
2026-09-23 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
Counting Small Induced Subgraphs: Hardness via Fourier Analysis
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
Inapproximability of counting hypergraph colourings
最近的发展,在近似计数取得了惊人的进展,在发展快速算法的方法来近似的解决方案的数量约束满足问题(CSP)与大的arities,使用连接到Lovasz局部引理。然而,这些方法的边界与非布尔域的CSP没有很好地理解。我们在本文中的目标是填补这一空白,并通过研究这类CSP,超图着色的原型问题,获得强不可逼近的结果。更准确地说,我们主要研究了度有界的$Δ$的$K$ -一致超图的$q$ -着色的近似计数问题.如果$Δ\lesssim \frac{q^{K/3-1}}{4^KK^2}$(Jain,Pham和Vuong,2021; He,Sun和Wu,2021),则存在有效算法。然而,令人惊讶的是,硬度界限甚至不知道更容易的问题,找到着色。对于计数问题,情况甚至更不清楚,没有证据表明正确的常数控制$K$的指数增长。为此,我们首先建立,对于一般的$q$计算硬度找到一个简单的着色/线性超图发生在$Δ\gtrsim Kq^K$,几乎匹配的算法从Lovasz局部引理。我们的第二个和主要的贡献是获得一个更精细的计数问题,远远超出了硬度找到一个着色,我们猜想是渐近紧(常数因子)。我们特别表明,对于所有甚至$q\geq 4$它是NP-难近似的着色数时,$Δ\gtrsim q^{K/2}$。
2022-08-20 cs.CC cs.DM cs.DS
#BIS-Hardness for 2-Spin Systems on Bipartite Bounded Degree Graphs in the Tree Nonuniqueness Region
二部图上独立集的计数(#BIS)被认为是一个具有中等近似复杂度的规范计数问题.可以肯定的是,#BIS既没有FPRAS,也不像#SAT那样难以近似。我们在二分图上的两态自旋系统的一般框架下研究#BIS。我们定义了两个概念,近独立的相位相关自旋和一元对称性破缺。我们证明了在支持这两个概念的二分图上,任何2-自旋系统的配分函数都是BIS困难的。因此,我们分类的复杂性近似的反铁磁2-自旋系统的配分函数的有界度二部图。
2015-09-21 cs.CC
Semitotal Domination: New hardness results and a polynomial-time algorithm for graphs of bounded mim-width
没有孤立点的图$G$的完全控制集是$G$的控制集$D$,使得$D$中的每个顶点都在$D$中的另一个顶点的距离2之内. $G$的全控制集的最小尺寸$γ_{t2}(G)$被压缩在控制数$γ(G)$和全控制数$γ_{t}(G)$之间. \textsc{Semitotal Dominating Set}是给定一个图$G$,求其大小为$γ_{t2}(G)$的完全控制集的问题。在本文中,我们继续系统地研究这个问题的计算复杂性时,限制到特殊的图类。特别是,我们证明了它是可解的多项式时间的一类图有界的最小宽度的减少到\textsc{Total Dominating Set},我们提供了几个近似的次三次图的子类的下界。此外,我们得到的决策版本的\textsc{Semitotal Dominating Set}和\textsc{Total Dominating Set}在单基因类的复杂性二分法。最后,我们证明了它是$\mathsf{NP}$ -完全的,以识别的图形,使$γ_{t2}(G) = γ_{t}(G)$和那些,使$γ(G) = γ_{t2}(G)$,即使限制为平面的,最大程度上在最多$4$,我们提供了禁止诱导子图特征的图遗传满足这两个等式之一。
2018-10-16 cs.CC
A Second Step Towards Complexity-Theoretic Analogs of Rice's Theorem
Rice定理指出递归可排集的所有非平凡语言性质都是不可判定的。Borchert和Stephan开始寻找Rice定理的复杂性理论类似物。特别是,他们证明了电路的每一个非平凡计数性质都是UP-困难的,并且一些密切相关的问题是SPP-困难的。本文研究了它们的UP硬度结果本身是否可以提高到SPP硬度。我们表明,他们的UP-硬度的结果不能加强到SPP-硬度,除非不太可能的复杂性类包含举行。尽管如此,我们证明了电路的每个P-可构造双无限计数性质都是SPP-难的。我们还提高了他们的一般下限从明确的非决定性常数模糊性非决定性。
1999-07-25 cs.CC
Tight Complexity Bounds for Counting Generalized Dominating Sets in Bounded-Treewidth Graphs Part II: Hardness Results
本文针对有界树宽图中的广义 $(σ,ρ)$-集计数问题,基于 $\\#$SETH 证明配套算法的底数 $c_{σ,ρ}$ 不可改进,并将下界扩展到有限集合情形的判定版本。
2023-05-26 cs.CC cs.DS
Counting Induced Subgraphs: An Algebraic Approach to #W[1]-hardness
我们研究了计数图G中满足性质P的所有大小为k的导出子图的问题#IndSub(P)。这个问题由Jerrum和Meeks引入,并且当对于一些性质P的族被k参数化时,被证明是#W[1]-困难的,其中包括连通性[JCSS 15]和边数的偶数或奇数[Combinatorica 17]。最近[IPEC 18],两位作者介绍了一种用于#IndSub(P)复杂性分析的新技术,灵感来自Kahn,Saks和Sturtevant的“回避的拓扑方法”[FOCS 83]以及Curticapean,Dell和Marx的图形主题参数框架[STOC 17],使他们能够证明广泛的属性P的硬度。我们针对具有素数幂数边的边传递图上的非平凡的图形属性来改进该技术。特别地,我们完全分类了单调二分图性质的情况:它表明,给定任何在顶点和边的移除下闭合的图性质P,并且对于二分图是非平凡的,问题#IndSub(P)是#W[1]-hard的,并且对于任何可计算函数f不能在时间f(k)*n^{o(k)}内求解,除非指数时间假设失败。即使输入图被限制为二分的,并且计数是以固定素数为模进行的,这也是正确的。对于仅在移除边的情况下闭合的特性,也会显示类似的结果。
2019-04-23 cs.CC cs.DM math.CO
The Complexity of Planar Counting Problems
我们证明了与各种可满足性,图形和组合问题,当限制到平面的情况下,计数问题的#P-硬度。这些问题包括\begin{romannum} \item[{}] {\sc 3Sat, 1-3Sat, 1-Ex3Sat, Minimum Vertex Cover, Minimum Dominating Set, Minimum Feedback Vertex Set, X3C, Partition Into Triangles, and Clique Cover.} \end{romannum}我们还证明了{\sf NP}-完备性的{ \sc Ambiguity Satisfiability}问题\cite{Sa80}和{ \sf D $^P$ }-完备性(相对于随机多项式约简)的唯一可满足性问题\cite{VV85}与上述几个问题,当限制到平面的情况。以前,很少{ \sf #P}-硬度的结果,没有{ \sf NP}-硬度的结果,没有{ \sf D $^P$ }-完整性的结果是已知的计数问题,模糊的可满足性问题和唯一的可满足性问题,分别限制到平面的实例。假设{ \sf P $\neq $ NP},上述结果的一个推论是:对于整数上线性不等式约束的平面线性目标函数的最大化或最小化问题,没有$ε$ -近似算法.
1998-09-11 cs.CC cs.DM
Nearly Optimal Average-Case Complexity of Counting Bicliques Under SETH
在本文中,我们寻求一个自然的问题和自然分布的情况下,任何$O(n^{c-ε})$ -时间算法无法解决大多数情况下从分布,而问题承认一个$n^{c+o(1)}$ -时间算法,正确地解决了所有的情况。具体来说,我们考虑随机二部图中的$K_{a,b}$计数问题,其中$K_{a,b}$是常数$a$和$b$的完全二部图。证明了在强指数时间假设下,$K_{a,b}$计数问题存在一个$n^{a+o(1)}$ -时间算法,如果是$a\geq 8$,而任何$n^{a-ε}$ -时间算法都不能解决这个问题,即使是在随机二部图上,对于任何常数$ε>0$.然后,我们放大了这个问题的硬度使用直积定理和姚的XOR引理,提出了一个一般的框架,在设置细粒度的复杂性的硬度放大。
2020-10-12 cs.CC
A complexity trichotomy for approximately counting list H-colourings
本文研究了图的H-着色列表的近似计数的计算复杂性。我们发现了一个基于图H的结构的自然的图论可割性。如果H是非自反二部图或自反完全图,则列表H-着色的计数是在多项式时间内平凡的.另外,若H是非自反二部置换图或自反真区间图,则列表H-着色的近似计数等价于二部图中独立集的近似计数问题#BIS。这是一个研究得很好的问题,被认为是中等复杂性-据信,它没有一个FPRAS,但它并不像近似最困难的计数问题在#P.对于每一个其他图H,近似计数列表H-着色是完整的#P关于近似保持减少(所以没有FPRAS,除非NP=RP)。该图的两个令人满意的特征是:(i)它在遗传图类方面有一个自然的公式,(ii)证明在很大程度上是自包含的,不需要任何泛代数(不像加权情况下的类似二分法)。我们能够将硬度结果扩展到有界度设置,表明所有硬度结果都适用于最大度至多为6的输入图。
2017-01-05 cs.CC math.CO
Parity Separation: A Scientifically Proven Method for Permanent Weight Loss
给定一个边加权图G,设PerfMatch(G)表示G中所有完美匹配M的加权和,每个匹配M通过M中边的权的乘积加权。如果G是未加权的,这显然是G的完美匹配的计数。本文引入了一种新的将PerfMatch约简为无权图的方法--奇偶分离法:对于边权为-1和1的图G,我们构造两个无权图G1和G2,使得PerfMatch(G)= PerfMatch(G1)- PerfMatch(G2).这产生了一种新的重量去除技术计数完美匹配,除了那些已知的经典P-硬度证明。我们得到以下应用:1。一个非加权完美匹配计数的另一种P-完备性证明。2. C= P-完全性,用于判定两个给定的未赋权图是否具有相同数目的完美匹配。据我们所知,这是第一个C= P-完全性结果,用于任何自然计数问题的“相等测试版本”,在简约约简下不是#P-困难的。3.在计数指数时间假设#ETH下计数未加权完美匹配的另一个紧下界。我们的技术是基于matchgates和Holant框架。为了使我们的#P-硬度证明是独立的,我们还将匹配门应用于边权重为-1和1的图上的PerfMatch的另一种#P-硬度证明。
2015-11-23 cs.CC
Counting Induced Subgraphs: A Topological Approach to #W[1]-hardness
本文研究了在满足给定性质$Φ$的图$G$中,计数所有大小为$k$的导出子图的问题$\#\mathsf{IndSub}(Φ)$。这延续了Jerrum和Meeks的工作,他们证明了这个问题对于某些属性族是$\#\mathrm{W[1]}$ -困难的,其中包括(不)连通性[JCSS 15]和边数的偶数或奇数[Combinatorica 17]。使用Curticapean,Dell和Marx [STOC 17]的最新图形主题参数框架,我们发现对于单调属性$Φ$,如果$Φ$的相关单纯(图形)复形的约化欧拉特征不为零,则$\#\mathsf{IndSub}(Φ)$对于$\#\mathrm{W[1]}$是困难的。这一观察将$\#\mathsf{IndSub}(Φ)$与卡普著名的回避猜想联系起来,因为每个具有非零约化欧拉特征的图复合体都是回避的。应用Khan、Saks和Sturtevant [FOCS 83]的开创性论文中引入的“回避的拓扑方法”中的工具,我们证明了对于不在Hamilton圈上成立的每个单调性质$Φ$以及对于在Hamilton圈上成立的一些单调性质(例如对于$k > 2$是无三角形的或不是$k$ -边连通的),$\#\mathsf{IndSub}(Φ)$是$\#\mathrm{W[1]}$ -难的。此外,我们表明,对于这些属性$\#\mathsf{IndSub}(Φ)$不能解决的时…
2018-07-05 cs.CC
Counting matchings with k unmatched vertices in planar graphs
我们考虑平面图中匹配的计数问题。虽然平面图中的完美匹配可以通过经典的多项式时间算法来计数,但已知计数所有匹配(可能包含不匹配的顶点,也称为缺陷)的问题在平面图上是#P-完全的。为了在计算匹配的困难情况和计算完美匹配的简单情况之间进行插补,我们研究了平面图G中具有恰好k个不匹配顶点的匹配的参数化计算问题,关于输入G和k.这个设置在统计物理学中有一个自然的解释,它是计算k顶点图(可以通过删除最多k个顶点而变成平面的图)中完美匹配的特殊情况。从最近关于k-顶点图上完美匹配计数的一个#W[1]-困难证明出发,得到了平面图中k个顶点不匹配的匹配计数是#W[1]-困难的.与此相反,给定一个平面图G的s个区别的面,有一个$O(2^s \cdot n^3)$时间算法,用于计数那些匹配与k个不匹配的顶点,使所有不匹配的顶点位于区别的面。这意味着一个$f(k,s)\cdot n^{O(1)}$时间算法计算完美匹配的k顶点图的顶点邻域覆盖的s面。
2016-07-27 cs.CC cs.DS
The computational hardness of counting in two-spin models on d-regular graphs
双自旋系统类包含了几个重要的模型,包括随机独立集和统计物理的伊辛模型。我们证明了对于硬核(独立集)模型和反铁磁Ising模型,当模型在d-正则树上具有非唯一性时,在d-正则图上近似模型的分拆函数或近似采样都是NP-困难的.再加上Jerrum-Sinclair,Weitz和Sinclair-Srivastava-Thurley给出的除唯一性阈值外的所有其他双自旋系统的FPRAS的结果,这给出了有界度图上双自旋系统的计算复杂性的几乎完整的分类。证明了在二分局部树状图上任意两个自旋系统的归一化对数分拆函数收敛于一个极限“自由能密度”,这与统计物理的Bethe(非严格)预言相一致.我们使用这个结果来描述局部树状二部扩展图上的两个自旋系统的局部结构,然后成为随机约简的基本工具,以近似MAX-CUT。我们的方法是新颖的,因为它没有使用二阶矩方法在以前的作品中对这些问题。
2012-03-12 cs.CC math-ph math.MP
Evaluating QAOA expectation values can be as hard as counting optimal solutions
Quantum Artificial Intelligence Laboratory (QuAIL), NASA Ames Research Center(量子人工智能实验室(QuAIL),NASA艾姆斯研究中心);USRA Research Institute for Advanced Computer Science(美国大学空间研究协会高级计算机科学研究院)
该研究强化了QAOA在p≥2时评估期望值的#P难解性,证明其与计数最优解相关,还推导了QAOA梯度和Hessian计算的类似难解性结果。
2026-10-05 cs.CC quant-ph
Counting and Finding Homomorphisms is Universal for Parameterized Complexity Theory
计算从一个图$H$到另一个图$G$的同态是(参数化)计数复杂性理论的一个基本问题。在这项工作中,我们研究的情况下,\emph{both}图$H$和$G$干给定类的图:$H\in \mathcal{H}$和$G\in \mathcal{G}$。通过这一点,我们结合了这个问题的结构限制的版本,与语言限制的版本。我们的主要结果是一个建设的基础上Kneser图,将每个问题$\tt P$在$\#\mathsf{W[1]}$与两个类的图形$\mathcal{H}$和$\mathcal{G}$,使问题$\tt P$是\emph{equivalent}的问题$\#{\tt HOM}(\mathcal{H}\to \mathcal{G})$计数同态从一个图在$\mathcal{H}$的图在$\mathcal{G}$。鉴于Ladner对$\mathsf{NP}$ -中间问题[J.ACM'75]的存在性及其对参数化设置的适应性的开创性工作,在固定参数易处理和$\#\mathsf{W[1]}$ -完全情况下对类$\#\mathsf{W[1]}$进行分类是不可能的。因此,获得问题$\#{\tt HOM}(\mathcal{H}\to \mathcal{G})$的完整分类似乎是不可能的。此外,我们的证明很容易适应$\mathsf{W[1]}$。在寻找复杂性二分法,因此,我们转向特殊的图形类。这些类包括线图,无…
2021-08-03 cs.CC cs.DM cs.DS
Counting Maximum Matchings in Planar Graphs Is Hard
在这里,我们证明了在平面,二部图计数最大匹配是P-完全的。这在平面图中完美匹配的数目可以在多项式时间内计算的情况下有些令人惊讶。我们还证明了,计数不必要完美匹配平面图已经是P-完全的,如果问题仅限于二部图。到目前为止,仅对一般的非必然二部图证明了硬度。
2021-03-08 cs.CC math.CO
Homomorphisms Are a Good Basis for Counting Small Subgraphs
我们引入图模参数,一类图参数,只依赖于常数大小的诱导子图的频率。Lovász的经典著作表明,许多有趣的量具有这种形式,包括,对于固定图$H$,输入图$G$中的$H$ -副本(诱导或未诱导)的数量,以及从$H$到$G$的同态的数量。使用的框架图模参数,我们得到更快的算法计算子图副本的固定图$H$在主机图$G$:对于图$H$的$k$边缘,我们展示了如何计算子图副本的$H$在时间$k^{O(k)}\cdot n^{0.174k + o(k)}$一个令人惊讶的简单算法。这改进了先前已知的运行时间,例如用于$k$边缘匹配的$O(n^{0.91k + c})$时间或用于$k$循环的$O(n^{0.46k + c})$时间。此外,我们证明了一个一般的复杂性二分法评估图的主题参数:给定一类$\mathcal C$等参数,我们考虑的问题,评估$f\in \mathcal C$输入图$G$,参数化的诱导子图的数量,$f$依赖。对于每一个递归可排类$\mathcal C$,我们证明了上述问题是FPT或#W[1]-困难的,并给出了明确的二分法准则.这使我们能够恢复已知的二分法计数子图,诱导子图,同态在一个统一的和简化的方式,以及改进的下界。最后,我们将图的模体参数扩展到着色子图,并证明了一个复杂度分解:对于顶点着色图$H$和$G$,其中$H$来自一个固定的类$\mathcal H$,我们要计数$G$中的保…
2017-05-03 cs.CC cs.DM cs.DS
Block Interpolation: A Framework for Tight Exponential-Time Counting Complexity
我们设计了一个框架,用于证明Dell等人引入的计数指数时间假设#ETH下的紧下界(ACM Transactions on Algorithms,2014)。我们的框架允许我们将计数问题的经典#P-硬度结果转换为#ETH下的严格下界,从而排除了在具有$n$顶点和$O(n)$边的图上运行时间为$2^{o(n)}$的算法。作为该框架的示例性应用,我们在#ETH下获得了紧下界,用于评估除一条线外的所有非易点上的零一永久性,匹配多项式和Tutte多项式。Brand等人最近确定了剩余的生产线(IPEC,2016年)。
2017-05-08 cs.CC
The Computational Complexity of Counting Linear Regions in ReLU Neural Networks
University of Technology Nuremberg(图恩堡技术大学);Worcester Polytechnic Institute(沃思菲技术学院)
本文研究了ReLU神经网络中线性区域计数的计算复杂性,证明了该问题在不同隐藏层结构下的NP-和#P难性,并展示了某些定义下的多项式空间算法。
2026-10-20 cs.CC cs.DM cs.LG
Note on "The Complexity of Counting Surjective Homomorphisms and Compactions"
Focke,Goldberg和Rumivnnovel(arXiv 2017)证明了从一个没有循环的大型输入图G到一个可能有循环的固定图H的满射同态计数问题的复杂性二分法。本文给出了一个较弱结果的简短证明:即我们只证明了更一般的G有环问题的P-硬度。我们的证明是Lovász(2012)的一个强大框架的应用,它类似于Curticapean,Dell和Marx(STOC 2017)的证明,他们研究了“对偶”问题,其中模式图G很小,主图H是输入。独立地,Chen(arXiv 2017)使用Lovász的框架证明了一个复杂性二分法,用于计算固定有限结构的满射同态。
2017-10-04 cs.CC
Weighted Counting of Matchings in Unbounded-Treewidth Graph Families
本文考虑任意固定图族$\mathcal{G}$上匹配的加权计数问题,记作$\textrm{PrMatching}(\mathcal{G})$.输入由图$G\in \mathcal{G}$和$G$的每条边上存在的有理概率组成,假设独立性。输出是在所得分布中获得$G$的匹配的概率,即,成对不相交的一组边。已知,如果$\mathcal{G}$具有有界树宽,则$\textrm{PrMatching}(\mathcal{G})$可以在多项式时间内求解。在本文中,我们表明,在一些假设下,有界树宽实际上表征了这个问题的听话的图形家庭。更准确地说,我们显示棘手的所有图形家庭$\mathcal{G}$满足以下树宽的可构造性要求:给定一个整数$k$在一元,我们可以在多项式时间内构造一个图$G \in \mathcal{G}$的树宽至少$k$。我们的硬度结果是:对于任何树宽可构造的图族$\mathcal{G}$,问题$\textrm{PrMatching}(\mathcal{G})$是棘手的。这概括了在不限制树宽的一些限制下加权匹配计数的已知硬度结果,例如,是平面的,3-正则的,或二分的;它也回答了Amarilli,Bourhis和Senellart(PODS'16)中的一个问题。我们也得到了一个类似的下界加权计数的边缘覆盖。
2023-01-07 cs.CC cs.DM
Complexity of counting subgraphs: only the boundedness of the vertex-cover number counts
对于一类图$\mathcal{H}$,#Sub $(\mathcal{H})$是给定图$H\in \mathcal{H}$和任意图$G$,求$G$与$H$同构的子图的个数的计数问题.众所周知,如果$\mathcal{H}$具有有界的顶点覆盖数(相当于$\mathcal{H}$中最大匹配的大小是有界的),那么#Sub $(\mathcal{H})$是多项式时间可解的。我们用一个相应的下界来补充这个结果:如果$\mathcal{H}$是顶点覆盖数无界的任何递归可重数图类,那么#Sub $(\mathcal{H})$是由$H$的大小参数化的#W[1]-hard,因此不是多项式时间可解的,甚至不是固定参数可处理的,除非FPT = #W[1]。作为证明的第一步,我们证明了在二部图中计数$k$ -匹配是#W[1]-困难的。最近,Curticapean [ICALP 2013]证明了在一般图中计数$k$ -匹配的#W[1]-硬度;我们的结果用相当简单的证明将这一陈述加强到二分图,甚至表明,假设指数时间假设(ETH),对于任何可计算函数$f(k)$,没有$f(k)n^{o(k/\log k)}$时间算法来计数二分图中的$k$ -匹配。因此,我们获得了Flum和Grohe [SICOMP 2004]的经典结果的独立且稍微简单的证明,该结果指出长度为$k$的计数路径是#W[1]-hard的,以及类似的…
2014-07-10 cs.CC cs.DS
The Computational Complexity of Holant Problems on 4-regular Graphs from the Stable Subgroup Sequence of $SL(2,\mathbb{C})$
本文针对复值4元签名的Holant问题建立二分定理,引入Schur定理、SL(2,C)有限子群分类和稳定子群序列等新方法,为完整分类奠定关键基础。
2026-09-11 cs.CC
Critical window for approximate counting in dense Ising models
University of Oxford(牛津大学);University of Rochester(罗切斯特大学);University of California, Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校)
研究了临界区域内密集伊辛模型配分函数近似计算的复杂性,证明了在宽度为N^{-1/2+ε}的窗口内近似计算的计算难度,通过全局方法克服了临界点的波动问题。
2026-03-22 cs.CC cs.DM math.PR
Parameterizing the Permanent: Genus, Apices, Minors, Evaluation mod 2^k
我们确定和研究相关的结构参数的问题PerfMatch计数完美匹配在一个给定的输入图$G$。这些推广了众所周知的易处理的平面情形,它们包括$G$的亏格、顶点数(去掉顶点使$G$平面化的最小顶点数)和Hadwiger数(最大团子的大小)。为了研究这些参数,我们首先引入组合匹配门的概念,这是一种连接参数化计数问题和所谓Holants和匹配门理论的通用技术:使用组合匹配门,我们可以将某些不存在的小工具$F$模拟为$t=O(1)$现有小工具的线性组合。如果一个图$G$以$F$的$k$出现为特征,那么我们可以将$G$简化为仅以现有小工具为特征的$t^k$图,从而实现参数化简化。作为该技术的应用,我们简化了已知的$4^g n^{O(1)}$时间算法的PerfMatch图的亏格$g$。与此相应,我们在$k$ -顶点图上给出了永磁体的#W[1]-硬度,暗示了其在Hadwiger数下的#W[1]-硬度。此外,我们在计数指数时间假设#ETH下排除了$n^{o(k/\log k)}$时间算法。最后,我们利用组合匹配门证明了计算永久模$2^k$的奇偶W [1]-硬度,补充了Valiant的$O(n^{4k-3})$时间算法,并回答了Björklund的一个公开问题.我们还得到了一个下界的$n^{Ω(k/\log k)}$下的奇偶版本的指数时间假设。
2015-11-07 cs.CC
On hardness of computing analytic Brouwer degree
本文证明计算有理系数多项式映射的解析布劳威尔度是#P困难的,若存在随机多项式时间算法对多数实例正确计算,则P^#P=BPP。
2025-09-10 cs.CC math.CO math.PR
Organization mechanism and counting algorithm on Vertex-Cover solutions
计算组合优化问题的解数是计算复杂性研究中的一个重要课题,特别是在P-完全复杂性类上。本文首先利用未冻结顶点的连通度和连通分支研究了顶点覆盖未冻结子图的一些组织形式。在此基础上,提出了一种点覆盖解计数算法,并给出了算法的复杂度分析,其结果与模拟结果吻合良好,且在c = e邻域内比1-RSB算法有更好的性能。在此基础上,研究了解数统计量的变化和波动,揭示了解数的演化机理。此外,还研究了随机图和无标度图解空间的边缘概率分布,以说明它们解空间的不同演化特征。因此,基于解空间的图表示进行解的计数是研究NP完全问题和#P完全问题的困难性的一种有意义的方法,适当的算法设计可以使组合优化问题和相应的计数问题得到更好的近似解。
2015-01-12 cs.CC
Constraint Satisfaction with Counting Quantifiers
我们开始研究存在计数量词的约束满足问题(CSP),它可以被看作是量化CSP(QCSP)模型中CSP的变体。我们证明了严格在exists^1:=exists和exists^n:=forall之间的单个计数量词(域的大小为n)已经提供了QCSP(既有exists又有forall)的最大可能复杂度,对于适当选择的模板是P空间完全的。接下来,我们重点讨论团和循环模板上计数量词子集的复杂性。对于循环,我们给出了一个完整的可分性--所有这样的问题都是在L,NP-完全或P空间-完全的。对于集团,我们接近于一个类似的分裂,但有一个案例仍然悬而未决。然后,我们考虑CSP的推广,其中我们用量词exists^j(j not 1)扩充现存量词exists ^1:=exists。这样的CSP在非二分图模板上已经是NP困难的。我们探讨的情况下,这种广义CSP的二分模板,给各种条件的易处理性和硬度-最终在一般图形的分类定理。最后,我们使用计数量词来解决一个具体的QCSP的复杂性,其复杂性是以前开放的。
2011-12-13 cs.CC
Algorithms and Hardness for Multidimensional Range Updates and Queries
传统的正交范围问题允许在一组静态点上进行查询,每个点都有一些值。动态变量允许一次添加或删除一个点。为了支持更强大的更新,我们引入了一维或多维整数数组上的数据结构问题的Grid Range类。这些问题允许范围更新(例如用常数填充范围中的所有单元格)和查询(例如查找范围中的值的总和或最大值)。在这项工作中,我们考虑这些操作以及更新,将范围中的每个单元格替换为最小值,最大值或其现有值的总和以及常数。在一个维度上,已知的是,可以利用段树来在总体上$\tilde{O}(n)$时间内促进这些操作中的任何$n$。除了一些特定的情况下,到目前为止,更高维度的变体在很大程度上尚未探索。我们证明,没有真正的次二次时间算法可以同时支持这些更新的某些对而不伪造几个流行的猜想。在积极的一面,我们表明,真正的次二次算法可以得到其他子集引起的变种。我们提供了两种方法来设计这样的算法,可以推广到在线和高维设置。首先,我们给几乎紧$\tilde{O}(n^{3/2})$时间算法的单更新的变种,更新操作分布在查询操作。其次,对于其他变体,我们提供了一个通用的框架,用于减少到具有特殊几何形状的实例。利用这一点,我们表明,$O(m^{3/2-ε})$时间算法计算路径和行走的长度为2和3之间的顶点对稀疏图意味着真正的次二次数据结构的某些变种,为此,我们给出了一个$\tilde{O}(m^{(4ω-1)/(2ω+1)}) =…
2021-01-06 cs.CC cs.CG cs.DS
Count on CFI graphs for #P-hardness
本文提出基于Cai-Fürer-Immerman图积的新归约技术,将彩色大树宽图同态计数问题在$4^{\Delta(S)}$时间内归约到无色版本,从而证明多个计数问题的#P-困难性。
2023-05-08 cs.CC math.CO
Counting Subgraphs in Somewhere Dense Graphs
本研究针对受限模式与宿主图的子图计数问题,基于指数时间假设得出子图闭图类中k-匹配和k-独立集计数的固定参数可解性二分结论,涵盖多项此前相关研究结果。
2024-04-12 cs.CC cs.DM
Hardness Amplification via Group Theory
本文运用群论技术证明图计数问题在少量实例上求解的难度几乎与在所有实例上一样难,不仅解决了Goldreich关于模2的k-团计数随机归约问题,还在RETH假设下证明了模素数的唯一哈密顿环和唯一半团计数需要指数时间。
2024-11-14 cs.CC
Some hard families of parameterised counting problems
我们考虑以下形式的参数化子图计数问题:给定一个图G,它的顶点有多少个k-元组具有给定的属性?一些这样的问题是已知的#W[1]-完全的,在这里,我们基本上概括了这些现有的一些结果,证明硬度为两个大家庭这样的问题。我们证明了当标号子图的不同边密度数为o(k^2)时,计算具有任何性质的k-顶点子图的个数是#W[1]-困难的.在特殊的情况下,该属性的问题只取决于在子图的边缘数,我们给这个结果,导致我们的第二个家庭的硬问题的加强。
2014-09-25 cs.CC cs.DM math.CO
Planar Graph Homomorphisms: A Dichotomy and a Barrier from Quantum Groups
University of Wisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校)
本文研究了平面图同态计数问题的复杂性,证明了当平面边装置能分离顶点对时,问题要么多项式时间可解,要么#P难,并揭示了量子自同构群理论在平面设置中的应用及不可判定性。
2026-01-30 cs.CC
Counting independent terms in big-oh notation
计算复杂性既涉及计算问题的内在难度,也涉及解决这些问题的算法的效率。给定这样一个问题,通常人们会设计一个算法来解决它,并着手建立其性能的界限作为算法变量的函数,特别是通过big-oh符号表示的上限。但是,如果我们得到一些难以理解的代码,并被要求从给定输入集的性能数据中找出它的重要配置文件,那么在放大一个合理的小候选集之前,我们必须努力解决各种可能性吗?在这里,我们表明,即使我们限制我们的搜索多项式给出的上限,可能性的数量可以是任意大的两个或更多的变量。考虑到有关算法效率的可用示例,这是出乎意料的,并且可以说明big-oh符号的许多方面,以及其反直觉的扭曲。
2015-12-31 cs.CC
On the Counting Complexity of the Skolem Problem
本文针对Skolem问题的计数版本展开研究,证明整数线性递推序列的零点计数问题为#P难,且归约生成的实例对应问题是#P完全的,补充了该领域的复杂性理论结果。
2025-08-02 cs.CC cs.LO
The Exponential-Time Complexity of the complex weighted #CSP
在计数版本(#ETH)的指数时间假设下,考虑了布尔计数约束满足问题(#CSP)的细粒度二分法.设$\mathscr{F}$是布尔域上代数复值函数的有限集合。当$\mathscr{F}$是任意两个特殊函数集的子集时,证明了#CSP($\mathscr{F}$)是多项式时间可解的,否则它不能在次指数时间内计算,除非#ETH失败.我还通过证明相同的二分法对具有有界度的#CSP(每个变量出现在最多常数约束下),甚至对#R $_3$ -CSP也成立来改进结果。证明结果之前的一个重要准备是证明钉扎(两个特殊的一元函数$[1,0]$和$[0,1]$用于减少arity)也可以保持布尔#CSP问题的次指数下界。本文利用计数问题的P-困难性的一些常用证明方法来讨论这个问题。证明说明了这些常用方法之间的内在联系。
2022-02-06 cs.CC
A dichotomy for bounded degree graph homomorphisms with nonnegative weights
我们考虑了由对称矩阵$A$定义的加权图同态的计数复杂性。每个对称矩阵$A$定义一个图同态函数$Z_A(\cdot)$,也称为分区函数。Dyer和Greenhill [10]对对称$\{0, 1\}$ -矩阵$A$建立了复杂性二分法$Z_A(\cdot)$,并进一步证明了它的#P-硬度部分对有界度图也成立. Bulatov和Grohe [4]将Dyer-Greenhill二分法推广到非负对称矩阵$A$上。然而,他们的硬度证明需要图的任意大的程度,以及是否有界的程度部分的Dyer-Greenhill二分法可以扩展一直是一个开放的问题15年。我们解决了这个公开的问题,并证明了非负对称$A$,无论是$Z_A(G)$是在多项式时间的所有图$G$,或它是#P-困难的有界度(和简单)图$G$。我们进一步扩展的复杂性二分法,包括非负的顶点权重。此外,我们证明了Goldberg等人[12]对$Z_A(\cdot)$的二分法的#P-硬度部分也适用于简单图,其中$A$是任何实对称矩阵。
2020-02-05 cs.CC
Finding Minimum Matching Cuts in $H$-free Graphs
LIP, ENS Lyon, France(里昂高等师范学院法国国家科学研究中心信息处理实验室);ENS Paris-Saclay, France(巴黎萨克雷高等师范学院);Ulm University, Germany(乌尔姆大学)
研究在H-自由图中寻找最小匹配割的复杂性,并通过多项式时间算法扩展了相关问题的解决范围。
2026-02-19 cs.CC cs.DM math.CO
Counting complexity classes for numeric computations II: algebraic and semialgebraic sets
我们定义计数类#P_R和#P_C在Blum-Shub-Smale设置的计算实数或复数,分别。分别计算R上多项式不等式系统或C上多项式等式系统的解的个数的问题,在这些类中是自然完备的问题。我们调查在何种程度上新的计数类捕捉计算基本拓扑不变量的半代数集(在R)和代数集(在C)的复杂性。证明了半代数集的(修正)欧拉特征线的计算问题是FP_R^{#P_R}-完全的,复代数集的几何次数的计算问题是FP_C^{#P_C}-完全的.在经典图灵模型中,通过取其布尔部分,定义了新的计数复杂性类,并证明了由整数多项式给出的(半)代数集的欧拉特征和几何次数的计算问题在这些类中是完备的.我们补充的图灵模型的结果证明,对于所有的k在N中,FPSPACE-硬度的问题计算的第k个贝蒂数zet的实零点的一个给定的整数多项式。这适用于奇异同调和Borel-Moore同调。
2003-12-02 cs.CC math.AT
Undefinability of Approximation of 2-to-2 Games
University of Cambridge(剑桥大学)
本文证明了2到2游戏近似性的FPC不可定义性,并展示了其对其他NP难性问题的普遍影响。
2026-09-22 cs.CC cs.LO
From Graph Properties to Graph Parameters: Tight Bounds for Counting on Small Subgraphs
本研究将#IndSub(Φ)问题从图性质推广到图参数,证明了有限陪域非平凡边单调图参数下该问题的紧下界,且适用于模计数与多色版本,同时刻画了陪域规模对问题复杂度的影响。
2024-07-09 cs.CC cs.DS
Counting Homomorphisms to $K_4$-minor-free Graphs, modulo 2
研究了从一个输入图$G$到一个固定图$H$的同态个数的奇偶性问题。Faben和Jerrum [ToC'15]在图$H$上引入了一个显式准则,并证明了如果满足,则问题在多项式时间内可解,否则,问题对于奇偶校验问题的复杂性类$\oplus\mathrm{P}$是完全的。我们验证了他们的猜想,所有的图$H$,排除了完全图上的$4$顶点作为一个小的。此外,我们排除了存在的一个次指数时间算法的$\oplus\mathrm{P}$ -完全的情况下,假设随机指数时间假设。我们的证明引入了一种新的方法,从全局定义的子结构的固定图$H$的硬度。利用这一点,我们推翻了解决猜想的所有先前进展(Faben和Jerrum [ToC'15]; Göbel,Goldberg和Richerby [ToCT'14,'16])。作为特殊情况下,我们的机器也产生了一个证明的猜想,最大程度的图最多$3$,以及一个完整的分类问题的计数列表同态,模$2$。
2021-07-27 cs.CC cs.DM
The Average-Case Complexity of Counting Cliques in Erdos-Renyi Hypergraphs
考虑具有边密度$c$的$s$ -均匀Erdos-Renyi超图$G(n,c,s)$中$k$ -团的计数问题,并证明其细粒度平均情况复杂度可以基于其最坏情况复杂度。我们证明了以下几点:1.稠密的Erdos-Renyi图和超图:使用$k$和$c$常数对$G(n,c,s)$上的$k$ -团进行计数与其最坏情况的时间复杂度匹配到$\mathrm{polylog}(n)$因子。假设随机化ETH,如果$k$和$c$恒定,则需要$n^{Ω(k)}$时间来计数$G(n,c,s)$中的$k$ -团。2.稀疏Erdos-Renyi图和超图:当$c = Θ(n^{-α})$,我们给出了几个算法,利用稀疏的$G(n, c, s)$是最快的最佳已知的最坏情况下的算法。补充这一点,基于一个细粒度的最坏情况的假设,我们的结果意味着不同的平均情况下的相图为每个固定的$α$描绘一个运行时下限和$k$之间的权衡。令人惊讶的是,在超图的情况下($s \ge 3$),这些下界严格反对我们的算法,正是当$c$高于Erdens-Rényi $k$ -团渗流阈值。这是我们所知道的关于Erdens-Rényi超图问题的第一个最坏情况到平均情况的硬度降低。我们还给出了一个变种,我们的结果计算的奇偶校验的$k$ -团计数,容忍更高的错误概率。
2021-07-22 cs.CC cs.DS math.CO
Complexity Results about Nash Equilibria
非合作博弈论为分析战略互动提供了一个规范性的框架。但是,要使工具箱可操作,必须计算它定义的解决方案。在本文中,我们提供了一个单一的约简,1)证明了确定具有某些自然属性的纳什均衡是否存在的NP-困难,2)证明了计数纳什均衡(或纳什均衡的连通集)的#P-困难。我们还表明,3)确定是否存在纯策略贝叶斯-纳什均衡是NP-难的,和4)确定是否存在纯策略纳什均衡在随机(马尔可夫)游戏是PSPACE-难的,即使游戏是不可见的(这仍然是NP-难的,如果游戏是有限的)。即使只有两个参与者且博弈是对称的,我们所有的硬度结果也成立。保留字:纳什均衡;博弈论;计算复杂性;非合作博弈论;范式对策;随机博弈;马尔可夫博弈;贝叶斯-纳什均衡;多智能体系统。
2002-05-28 cs.CC cs.GT cs.MA
Modular Counting CSP: Reductions and Algorithms
本文研究一般约束满足问题(CSP)的解的模计数问题,识别了与图情形的关键差异,在p=2时给出附加条件下的求解算法,并证明了在自同构假设下的困难性,同时将一般CSP归约到满足强条件的二元关系情形。
2025-01-23 cs.CC cs.LO
On the Hardness of PosSLP
本文基于 Dutta 等人的多项式根式猜想,证明若 PosSLP 属于 BPP 则 NP 包含于 BPP,给出其首个有条件非平凡下界,并证明 SLP 表示的整数一元多项式实根计数是 #P 难的。
2023-07-16 cs.CC cs.NA math.NA
Counting Answers to Existential Questions
连接查询从关系数据库中选择并返回某些元组。我们研究了可能更容易的问题,计数所有选定的元组,而不是枚举它们。特别是,我们感兴趣的问题的参数化和数据的复杂性,查询被认为是小的或固定的,数据库被认为是大的。我们确定了两个结构参数的合取查询,捕捉其固有的复杂性:占主导地位的星大小和链接匹配数。如果一个合取查询的支配星大小很大,那么我们证明了对查询的解元组计数至少和对支配集计数一样困难,这在强指数时间假设下产生了一个细粒度的复杂度下界以及一个#W[2]-硬度结果。此外,如果一个合取查询的链接匹配数是大的,那么我们表明,查询的结构是如此丰富,任意查询到一定的大小可以编码到它;这基本上建立了#A[2]-完备性。使用Lovász的思想,我们将复杂性结果从合取查询类提升到任意存在或通用公式,这些公式可能包含对自由变量的约束的不等式和否定。因此,我们获得了一个复杂性分类,该分类概括了Chen,Durand和Mengel(ToCS 2015; ICDT 2015; PODS 2016)针对合取查询以及Curticapean和Marx(FOCS 2014)针对子图计数问题的先前结果。我们的证明也依赖于图的未成年人,我们显示了一个加强的排除网格定理,这可能是独立的利益:如果链接匹配数是大的,那么我们不仅可以找到一个大的网格在图中的某个地方,但我们可以找到一个大的网格,其对角线有不相交的路径导致一个假设的节点…
2019-04-29 cs.CC