A Linear Upper Bound on the Weisfeiler-Leman Dimension of Graphs of Bounded Genus
图的Weisfeiler-Leman(WL)维数是图的固有描述复杂性的度量。虽然最初是从一个称为Weisfeiler-Leman算法的组合图同构测试中推导出来的,但WL维也可以用描述图同构所需的变量数量来表征,这些变量在一阶逻辑中具有计数量词。已知对于排除某个固定图作为子图的所有图,WL维数是上界的(Grohe,JACM 2012)。然而,从这个一般结果中可以推导出的界限是天文数字。直到最近,才证明平面图的WL维数最多为3(Kiefer,Ponomarenko和Schweitzer,LICS 2017)。本文证明了可嵌入Euler亏格$g$曲面的图的WL维数至多为$4g+3$ .对于可嵌入到欧拉亏格$g$的可定向曲面中的图的WL维数,我们的方法给出了$2g+3$的一个上界.
2019-04-15 cs.CC cs.DM cs.LO
Logarithmic Weisfeiler-Leman Identifies All Planar Graphs
Weisfeiler-Leman(WL)算法是一种著名的用于检测图的对称性的组合方法,它被广泛地用于图同构测试。它通过迭代地细化顶点元组的着色来进行。获得最终输出所需的迭代次数对于算法的并行性至关重要。我们证明了存在一个常数k,使得每个平面图都可以通过k维WL算法在对数迭代次数内识别(即,与每个非同构图区分开)。这推广了Verbitsky(STACS 2007)的一个结果,他证明了3-连通平面图的相同结果。k维WL算法识别图所需的迭代次数对应于在具有计数量词的一阶逻辑的(k+1)变量片段C^{k+1}中定义图的句子的量词深度。因此,我们的结果意味着每个平面图都可以用对数量词深度的C^{k+1}-语句来定义。
2021-06-30 cs.CC cs.DM cs.LO
The Weisfeiler-Leman Algorithm and Recognition of Graph Properties
$k$维Weisfeiler-Leman算法($k$ -WL)是一种非常有用的图同构测试组合工具。我们解决的适用性$k$ -WL识别的图形属性。设$G$是具有$n$顶点的输入图。我们表明,如果$n$是素数,那么$G$的顶点传递性可以从$G$和$G$的顶点个体化副本上的2-WL的输出中以直接的方式看出。然而,如果$n$可被16整除,则$k$不能区分具有$n$顶点的顶点传递图和非顶点传递图,只要$k=o(\sqrt n)$。对于弧传递性的识别也得到了类似的结果。
2020-07-30 cs.CC math.CO
Incorporating Weisfeiler-Leman into algorithms for group isomorphism
在本文中,我们结合了许多标准的和最近的代数技术测试同构的有限群(GPI)与组合技术,通常已被应用到图同构。特别地,我们展示了如何将用于特定组类的几种最先进的GpI算法组合成用于一般GpI的算法,即:2015; Luks,2015),递归可细化滤波器(Wilson,J. Group Theory,2013)和低亏格GpI(Brooksbank-Maglione-Wilson,J. Algebra,2017)。递归细化过滤器-一个泛化的子群系列-形成这个框架的骨架,我们完善我们的过滤器通过建立一个超图编码低属的concurents,然后我们应用超图的变体的k维Weisfeiler-Leman技术。我们的技术是足够灵活的,很容易将额外的超图不变量或额外的特征子群。
2019-05-06 cs.CC math.GR
Near-Optimal Lower Bounds on Quantifier Depth and Weisfeiler-Leman Refinement Steps
我们证明了近最佳的权衡量词深度与一阶逻辑中的变量数的$n$ -元素结构,可以区分由一个$k$ -变量的一阶句子,但每个这样的句子需要量词深度至少$n^{Ω(k/\log k)}$。我们的权衡也适用于一阶计数逻辑,并通过已知的连接到$k$维Weisfeiler-Leman算法意味着近最佳的下限上的细化迭代的数量。在我们的证明中的一个关键组成部分是最近由[Razborov '16]在证明复杂性的背景下引入的硬度凝聚技术。我们应用这种方法来减少域大小的关系结构,同时保持最小的量词深度,以区分它们在有限变量逻辑。
2016-09-01 cs.CC cs.LO
Logarithmic Weisfeiler--Leman and Treewidth
本文证明了 $(3k+4)$ 维 Weisfeiler--Leman 算法能在 $O(\log n)$ 轮内识别树宽为 $k$ 的图,改进了先前维度要求,并基于与逻辑 $\textsf{FO} + \textsf{C}$ 的等价性提升了该类图的描述复杂性。
2024-04-24 cs.CC cs.DS cs.LO
Identifiability of Graphs with Small Color Classes by the Weisfeiler-Leman Algorithm
众所周知,色重数不超过3的顶点着色图的同构问题可以用经典的二维Weisfeiler-Leman算法(2-WL)来解决。另一方面,著名的Cai-Fürer-Immerman构造表明,即使是多维版本的算法也不足以处理色重数为4的图。我们给出了一个有效的决策过程,给定一个图$G$的颜色重4,识别是否$G$是可识别的2-WL,即,是否2-WL区分$G$从任何非同构图。事实上,我们解决了更普遍的问题,即识别最大纤维尺寸为4的给定相干构型是否是可分离的。这将我们的识别算法扩展到具有定向和着色边缘的颜色多重性4的图。我们的决策过程是基于显式描述的类图的颜色多重性4是不可识别的2-WL。颜色重数为4的Cai-Fürer-Immerman图在这里明显地作为一个自然子类出现,这表明Cai-Fürer-Immerman结构不是特别的。我们的分类也揭示了其他类型的图是很难为2-WL。其中之一是由入射几何中称为$(n_3)$ -构型的图案引起的。
2020-03-17 cs.CC math.CO
Truly Supercritical Trade-offs for Resolution, Cutting Planes, Monotone Circuits, and Weisfeiler-Leman
本文通过改进 Cop-Robber 博弈压缩方案建立 resolution 的超临界宽度-深度权衡,并据此首次证明切割平面、resolution、单调电路及 Weisfeiler-Leman 算法中真正超临界的规模-深度或维度-迭代权衡。
2024-11-21 cs.CC cs.LO
On the Parallel Complexity of Group Isomorphism via Weisfeiler-Leman
本文利用常数维Weisfeiler-Leman算法改进群同构测试的并行复杂性上界,涵盖阿贝尔正规Hall子群、无阿贝尔正规子群及直积情形,并引入无计数WL结合有界非确定性获得新上界。
2025-09-07 cs.CC cs.DS cs.LO
A Dense Weisfeiler-Leman Algorithm for Deciding Bounded-Cliquewidth Homomorphism Indistinguishability
IT University Copenhagen(哥本哈根信息技术大学);University of Regensburg(雷根斯堡大学);TU Dresden(德累斯顿工业大学)
本文提出稠密Weisfeiler-Leman算法,首次判定有界团宽稠密图类上的同态不可区分性,还证明CMSO₁定义的有界团宽图类的同态不可区分性可在随机指数时间内判定,有界线性团宽图类的该问题为PSPACE完全。
2026-08-14 cs.CC cs.LO math.CO
Cohomology in Constraint Satisfaction and Structure Isomorphism
约束满足和结构同构是计算机科学中研究最多的计算问题之一。虽然这两个问题都不被认为是在$\texttt{PTIME},$很多工作都做了$\texttt{PTIME}$近似这两个问题。两个这样的历史上重要的近似是$k$ -一致性算法CSP和$k$ -Weisfeiler-Leman算法SI,这两个都是基于传播局部部分解决方案。这些算法的局限性是众所周知的; $k$ -一致性可以精确地解决那些有界宽度的CSP,而$k$ -Weisfeiler-Leman只能区分在$C^k$中可定义的属性上不同的结构。在本文中,我们介绍了一种新的层理论方法CSP和SI及其近似。我们表明,这两个问题可以被视为决定存在的全球部分的预层,$\mathcal{H}_k(A,B)$和$\mathcal{I}_k(A,B)$和成功的$k$ -一致性和$k$ -Weisfeiler-Leman算法对应于某些有效地计算子预层的存在。此外,Abramsky和其他人在量子基础的工作的基础上,我们展示了如何使用Čech上同调在$\mathcal{H}_k(A,B)$和$\mathcal{I}_k(A,B)$检测障碍物的存在所需的全球部分,并获得新的有效的上同调算法扩展$k$ -一致性和$k$ -Weisfeiler-Leman。我们表明,上同调$k$ -一致性可以解决系统的方程在所有有限环和上同调Weisfeiler-Lema…
2022-06-30 cs.CC cs.DS cs.LO
Count-Free Weisfeiler--Leman and Group Isomorphism
本文结合无计数 WL、有限非确定性与有限计数改进多类群同构测试复杂度,并证明 q 元无计数石子游戏无法区分 Abel 群,说明计数对多项式时间算法的必要性。
2024-01-22 cs.CC cs.DS cs.LO
Canonizing Graphs of Bounded Rank-Width in Parallel via Weisfeiler--Leman
本文证明了计算有界秩宽图的规范标号属于 $\textsf{TC}^{2}$,通过扩展 Weisfeiler--Leman 算法并利用对数高度的秩分解,首次将有界秩宽图的同构测试纳入 $\textsf{NC}$ 复杂度类。
2024-04-24 cs.CC cs.DS cs.LO
Repetition Makes Perfect: Recurrent Graph Neural Networks Match Message-Passing Limit
本文研究了可计算递归图神经网络的表达能力,证明其能计算符合颜色细化算法自然消息传递不变性的任意图算法,且通过随机初始化可表达所有图算法。
2025-12-08 cs.CC cs.LG
Combinatorial refinement on circulant graphs
该研究分析二维Weisfeiler-Leman算法在循环图上的轮复杂度并给出上界,推导特定素幂阶连通循环图的同构测试复杂度,还证明一维颜色细化方法经顶点个体化后可给素顶点非平凡循环图算规范标号,为Tinhofer方法提供首个实用实例。
2022-12-05 cs.CC cs.DM math.CO
On a Hierarchy of Spectral Invariants for Graphs
本文提出图的谱不变量层级,通过游走计数给出纯组合刻画,完整回答了Fürer关于其区分能力与2维Weisfeiler-Leman算法比较的问题,并证明几乎所有图可由谱和角度确定到同构。
2025-05-05 cs.CC math.CO
Canonization of a random circulant graph by counting walks
本文证明颜色细化与顶点个体化结合可为几乎所有循环有向图生成规范标签,且仅需计数从顶点到个体化顶点的各长度游走数量即可获得规范标签,同时揭示了几乎所有循环图的紧致性及2维Weisfeiler-Leman算法的适用性。
2025-08-18 cs.CC
Local WL Invariance and Hidden Shades of Regularity
$k$维Weisfeiler-Leman算法是图同构测试的有力工具。对于输入图$G$,该算法确定$s$的规范着色-对于1和$k$之间的每个$s$的$G$的顶点元组。我们说$s$-元组的数值参数是$k$-WL-不变的,如果它是由元组颜色确定的。作为Dvotelák关于同态数的$k$-WL-不变性的结果的应用,我们发现了强正则图及相关图族的一些非明显的正则性.例如,如果$G$是强正则图,则$G$中顶点$x$和$y$之间长度为6的路径的数量仅取决于$x$和$y$是否相邻(并且长度6在这里是最优的)。或者,通过$G$中的顶点$x$的长度为7的循环的数量对于每个$x$都是相同的(其中长度7也是最佳的)。
2020-05-19 cs.CC cs.LO math.CO
Planar Graphs: Logical Complexity and Parallel Isomorphism Tests
我们证明了每一个三连通平面图是可定义的一阶句子,使用最多15个变量,量词深度最多$11\log_2 n+43$。因此,这样的图的规范形式可以通过14维Weisfeiler-Lehman算法在$AC^1$中计算。这提供了另一种方法来证明平面图同构在$AC^1$中是可解的。
2006-07-08 cs.CC cs.LO
An exponential lower bound for Individualization-Refinement algorithms for Graph Isomorphism
个性化细化范式提供了一个强大的工具箱来测试两个图的同构,事实上,目前最快的同构求解器的实现都遵循这种方法。虽然这些求解器在实践中是快速的,但从理论的角度来看,这些工具的最坏情况复杂度没有一般的下限。事实上,这是一个悬而未决的问题,是否个性化细化算法可以实现上界的运行时间类似的理论技术的基础上,一组理论的方法。在这项工作中,我们给出了一个否定的答案,这个问题,并构建了一个家庭的图形上的个性化细化范式的基础上的算法需要指数时间。相反,宫崎骏以前的建设,只适用于一个特定的实现中的个性化细化框架,我们的建设是免疫改变细胞选择器,或添加各种启发式不变的算法。此外,我们的图还提供指数下界的情况下,当$k$维Weisfeiler-Leman算法被用来取代标准的颜色细化算子和参数甚至工作时,整个自同构群的输入最初提供给算法。
2017-05-09 cs.CC cs.DS
Testing Graph Isomorphism in Parallel by Playing a Game
我们的出发点是观察到,如果在一个类C中的图具有低描述的复杂性在一阶逻辑,那么同构问题C是可解决的快速并行算法(本质上,由一个简单的组合算法称为多维Weisfeiler-Lehman算法)。使用这种方法,我们证明了有界树宽的图的同构是可测试的TC 1,回答了一个开放的问题所提出的Escherasekharan。此外,我们得到了一个AC 1算法测试同构的旋转系统(组合规格的图嵌入)。AC 1上界以前是已知的,但这个界可以通过简单的Weisfeiler-Lehman算法实现的事实是新的。结合已有的结果,给出了平面图的一个新的AC 1同构算法。
2006-03-14 cs.CC cs.LO
The Parameterized Complexity of Fixing Number and Vertex Individualization in Graphs
本文研究了以下问题的复杂性:给定一个着色图X=(V,E,c),计算一个顶点的最小基数集S,使得X的任何非平凡自同构都不固定S中的所有顶点。一个密切相关的问题是计算由生成元给出的[n]上的置换群G的最小基S,即,[n]的最小基数子集S,使得G中没有非平凡置换固定S的所有元素。我们的重点主要是这些问题的参数化的复杂性。我们证明了当k= |S|作为参数时,这两个问题都是MINI[1]-困难的.对于k=n- |S|为参数的对偶问题,给出了FPT算法.与固定密切相关的一个概念被称为个性化。个性化结合Weisfeiler-Leman过程是图同构算法中的一项基本技术。受个性化能力的启发,在本文中,我们探讨了个性化的复杂性:在给定的图中,我们需要个性化的顶点的最小数量是多少,以使颜色细化“成功”。这里“成功”可以有不同的解释,我们考虑以下几点:它可能意味着个性化的图变成:(a)离散的,(b)顺从的,(c)紧凑的,或(d)可精化的。特别是,我们研究这些问题的参数化版本,其中参数是个性化的顶点数。我们展示了一个二分法:对于图的颜色类的大小最多为3,这些问题可以解决在多项式时间(甚至在对数空间),而从颜色类大小4开始,他们成为W[P]-难。
2016-06-14 cs.CC
An Algorithmic Meta Theorem for Homomorphism Indistinguishability
本文证明了对于有界树宽且可在CMSO2逻辑中定义的图类,同态不可区分性问题存在随机多项式时间算法,并给出了判定该问题的首个通用算法及其复杂性分析。
2024-02-14 cs.CC cs.DM cs.LO
Linear Diophantine Equations, Group CSPs, and Graph Isomorphism
近年来,我们已经看到了几种基于“通用”数学规划或代数(格罗布纳基)技术的图同构问题的方法。对于其中大多数,已经建立了下限。事实上,已经证明,非同构的CFI-图对(由蔡,Fürer和Immerman在1992年引入,作为组合Weisfeiler-Leman算法的硬例子)不能通过这些数学算法区分。一个值得注意的例外是域GF(2)上的代数算法,它的下界是未知的。另一种在某种程度上甚至更强的图同构测试方法是基于求解线性丢番图方程组(即整数上的线性方程组),已知这在多项式时间内是可能的。到目前为止,这种方法还没有下限。代数算法的下界可以在证明复杂性的框架中得到最好的证明,在那里它们可以被表述为代数证明系统的下界,例如Nullstellenetron或(更强大的)多项式演算。我们给出了这些系统的新的硬例子:非同构图对的家庭,很难区分多项式微积分证明同时在所有的素域,包括GF(2),以及难以区分的线性丢番图方程组的方法的例子。在以前的论文中,我们观察到的CFI-图是密切相关的,我们称之为“组CSP”:约束满足问题,其中的约束是在一些陪集的一个子群的carnival功率的基本组(Z_2的情况下,经典的CFI-图)的成员测试。我们的新例子也是基于群CSP(对于阿贝尔群),但在这里我们通过一些非群约束来扩展CSP,以获得更难的图同构实例。
2016-07-14 cs.CC cs.LO
Upper Bounds on the Quantifier Depth for Graph Differentiation in First-Order Logic
该论文证明二维 Weisfeiler-Leman 算法在 n 顶点图上稳定所需迭代次数为 O(n^2/log(n)),改进了平凡上界,并由此导出 C3 与 L3 逻辑中量词深度的对应上界。
2019-05-26 cs.CC cs.LO math.CO
Logical complexity of graphs: a survey
本文讨论了一阶逻辑中有限图的可定义性,它具有两个表示顶点邻接和相等的关系符号。图$G$的逻辑深度$D(G)$等于定义$G$直到同构的句子的最小量词深度。逻辑宽度$W(G)$是在这样的句子中出现的变量的最小数目。逻辑长度$L(G)$是最短定义语句的长度。我们调查已知的估计,这些图的参数,并讨论他们的关系到其他主题(如效率的Weisfeiler-Lehman算法在同构测试,随机图的演变,定量特征的零一律,或贡献的弗兰克拉姆齐的研究希尔伯特的Entscheidungsproblem)。此外,我们跟踪一个图的描述性复杂性的行为,因为逻辑变得更加严格(例如,只允许定义有限数量的变量或量词交替)或更可表达(后与计数量词供电)。
2013-04-29 cs.CC cs.LO math.CO