Finding Perfect Matchings in Bipartite Hypergraphs
Haxell条件是Hall条件的一个自然的超图模拟,Hall条件是二部图允许完美匹配的充分必要条件。也就是说,当Haxell条件成立时,它迫使二部超图中存在完美匹配。然而,与图中不同的是,没有已知的多项式时间算法来找到在满足Haxell条件时保证存在的超图完美匹配。我们证明了存在一个有效的算法,找到完美匹配的二部超图时,一个更强的版本的哈塞尔的条件。我们的算法可以被看作是一个推广的经典匈牙利算法在二分图中找到完美匹配。我们用来实现这一结果的技术可以更普遍地用于超图的不相交结构是至关重要的其他组合问题,例如集包装。
2016-12-05 cs.DM cs.DS
Minor-matching hypertree width
在本文中,我们提出了一个新的宽度测量的树分解,小匹配超树宽度,$μ\text{-}tw$,图和超图,这样的边界宽度保证了一组最大独立集有一个多项式大小的限制,每个分解袋。与其他树分解相比,分解的放松条件允许更广泛的一类有界宽度的图和超图。我们证明了,对于固定的$k$,存在小匹配超树宽度至多为$k$的$2^{(1 - \frac1k + o(1)){n \choose 2}}$ $n$ -顶点图。包括最大独立集、$k$ -着色和一致超图的同态在内的一些问题允许有界次匹配超树宽度和有界秩的超图的多项式时间解。我们表明,对于任何给定的$k$和任何图$G$,它是可能的,以最多$O(k^3)$,或证明,$μ\text{-}tw(G) > k$在时间$n^{O(k^3)}$的小匹配超树宽度的分解。这是通过提出一个通用的算法近似的超树宽度的良好行为的措施,并减少$μ\text{-}tw$这样的措施。将极大独立集限制到一个集$S$,其中导出匹配集在图中与$S$相交,而次匹配集在超图中与$S$相交,这一结果可能是独立有趣的。
2017-07-04 cs.DS
Matching Orderable and Separable Hypergraphs
超图中的完美匹配是划分顶点集的一组边。研究了可序可分超图中判定完美匹配存在性的复杂性。证明了可序超图类严格包含在可分超图类中。相应地,我们证明了对于每个固定的$k$,判定可序$k$ -超图的完美匹配是多项式时间可行的,而对于每个固定的$k\geq 3$,判定可分超图的完美匹配是NP-完全的.
2022-02-02 cs.DM cs.DS math.CO
Semi-Streaming Algorithms for Hypergraph Matching
针对NP难的超图匹配问题,提出两种单通流式算法,分别基于栈存储潜在匹配边和动态更新单个匹配,在保证特定近似比的同时降低内存消耗,实验表明其解质量和运行时间优于朴素流式及离线贪心算法。
2025-07-07 cs.DS
Approximate Counting of Matchings in Sparse Uniform Hypergraphs
本文给出了交图含爪少的k-一致超图的匹配数的一个全多项式随机逼近方案。我们的方法给出了一个推广的标准路径方法的Jerrum和Sinclair的超图满足局部限制。我们的证明方法依赖于应用欧拉巡回技术的规范路径的基础马尔可夫链。另一方面,我们证明了在没有上述限制的情况下,即使对于k-一致、2-正则和线性超图类,对所有k >= 6,也是NP-难的。
2012-04-24 cs.DM 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
Almost Tight Bounds for Online Hypergraph Matching
本文研究在线超图匹配问题,证明了随机化算法竞争比的上界为 $\frac{2+o(1)}{k}$,并为分数分配及分数边加权版本给出了竞争比为 $\frac{1-o(1)}{\ln(k)}$ 的算法及其紧的下界。
2024-02-13 cs.DS
Efficient Hypergraph Pattern Matching via Match-and-Filter and Intersection Constraint
Samsung Research, Korea(三星研究韩国);Standigm Inc, Korea(Standigm公司韩国);Seoul National University, Korea(首尔大学);LUISS University, Italy(意大利鲁斯自由大学);University of New South Wales, Australia(澳大利亚新南威尔士大学)
本文提出了一种高效的超图模式匹配算法,通过引入交集约束、候选超边空间和匹配与过滤框架,显著提升了查询处理效率。
2025-12-22 cs.DB cs.DS
Approximate Counting of Matchings in $(3,3)$-Hypergraphs
我们设计了一个全多项式时间近似方案(FPTAS),用于计算任意最大度为3的3-一致超图(称为$(3,3)$ -超图)中匹配(填充)的数目。这是该问题的第一个多项式时间近似方案,其中还包括,作为特殊情况,3-participate $(3,3)$ -超图的3D匹配计数问题。本文的证明技术使用了一般的相关衰减技术和一种新的交图底层结构的组合分析。证明方法也可以是独立的。
2017-10-25 cs.DS math.CO
Iterative Packing for Demand and Hypergraph Matching
迭代舍入在优雅地解决由覆盖约束主导的问题的近似性方面取得了巨大的成功。虽然迭代舍入方法已被应用于包装问题,没有一个单一的方法已经出现,匹配的有效性和简单性所提供的覆盖情况。我们提供了一个简单的迭代包装技术,保留功能的Jain的开创性的方法,包括属性,即在每次迭代过程中舍入的元素的分数值的大小有一个直接影响的近似保证。我们将迭代填充应用到广义匹配问题中,包括需求匹配和$k$ -列-稀疏列-限制填充($k$ -CS-PIP),并得到了近似算法,基本上解决了这些问题的完整性缺口。我们提出了一个简单的确定性$2k$ -近似的$k$-CS-PIP,其中一个$8k$ -近似是最好的确定性算法先前已知的。在这种情况下,完整性间隙至少为$2(k-1+1/k)$。我们还给出了一个确定性的$3$ -近似的需求匹配的推广,解决其自然的完整性差距。
2016-04-01 cs.DS
Polynomial-time Stable Matching in Network Hypergraphs
Grainger College of Engineering, University of Illinois, Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格莱纳工程学院)
本研究提出一种多项式时间算法,用于在网络超图偏好系统中查找稳定匹配,其关键关联由ChatGPT-5.6 Sol Max发现,经独立验证后呈现相关细节。
2026-08-26 cs.DM cs.DS math.CO
Fully Dynamic Set Cover via Hypergraph Maximal Matching: An Optimal Approximation Through a Local Approach
在(完全)动态集合覆盖问题中,我们有一个来自大小为$n$的论域的$m$集合的集合,这些集合经历元素插入和删除;目标是在每次更新后保持论域的近似集合覆盖。我们给出了一个$O(f^2)$更新时间算法,实现了$f$ -近似,其中$f$是一个元素所属的集合的最大数量;根据唯一的游戏猜想,这种近似是最好的可能为任何固定的$f$。这是第一个算法的动态集覆盖近似比,{精确}匹配$f$(而不是{几乎} $f$在以前的工作),以及第一个运行时\emph{independent of $n,m$}(对于任何近似因子的$o(f^3)$)。在我们的工作之前,这个问题的最先进的算法是Gupta等人的$O(f^2)$更新时间算法。[STOC'17]和Bhattacharya等人的$O(f^2)$更新时间算法。[IPCO'17]与$O(f^3)$近似,以及Bhattacharya等人的最新算法。[FOCS'19]与$O(f \cdot \log{n}/ε^2)$更新时间和$(1+ε) \cdot f$近似,改进了Abboud等人的$O(f^2 \cdot \log{n}/ε^5)$界。[STOC'19]。我们的工作的关键技术成分是一个算法,用于保持一个{极大}匹配的秩$r$的动态超图,其中每个超边有最多$r$顶点,经历超边插入和删除在$O(r^2)$摊销更新时间,我们的算法是随机的,并在更新时间的约束持有期望和…
2021-05-14 cs.DS
Parallel Flow-Based Hypergraph Partitioning
我们提出了一个共享内存并行化的基于流的细化,这被认为是目前最强大的迭代改进超图分区技术。基于流的细化工作在二分区上,因此当前的顺序分区器将其调度在不同的块对上,以改进$k$路分区。我们调查两个不同的来源的并行性:并行调度方案和并行最大流算法的基础上著名的推重新标记算法。除了彻底的工程实现之外,我们还提出了几种优化方法,这些优化方法在实践中大大加速了算法,从而能够在非常大的超图(高达10亿个引脚)上使用。我们将我们的方法集成到最先进的并行多级框架Mt-KaHyPar中,并在500多个真实超图的基准集上进行了广泛的实验,以表明我们代码的分区质量与最高质量的顺序代码(KaHyPar)相当,而10个线程的速度要快一个数量级。
2022-01-05 cs.DC cs.DS
Cut-matching Games for Generalized Hypergraph Ratio Cuts
超图聚类是一种基本的算法原语,用于分析复杂的数据集和系统,这些数据集和系统的特征是多路交互,例如组电子邮件对话,共同购买的零售产品组和合著数据。本文提出了一个实用的$O(\log n)$-近似算法的超图比割聚类目标的一个广泛的类。这包括涉及广义超图切割函数的目标,其允许用户根据每个集群中的节点数量来不同地惩罚切割超边。我们的方法是一个推广的切割匹配框架图比率削减,并只依赖于解决最大的s-t流问题,在一个特殊的减少图。它比现有的超图比率切割算法快得多,同时也解决了一个更一般的问题。在各种类型的超图的数值实验中,我们表明,它可以快速找到一个小的最优因子内的比例切割解决方案。
2023-01-28 cs.DM cs.DS cs.SI
Deterministic Parallel Hypergraph Partitioning
超图的平衡划分是一个经典的NP-难优化问题,在VLSI设计、量子电路仿真、分布式数据库的数据布局优化、高性能计算中的通信量最小化等领域有着广泛的应用。工程并行算法是近年来的研究热点。但大多数都是非确定性的。在这项工作中,我们设计和实现了一个高度可扩展的确定性算法在国家的最先进的并行分区框架Mt-KaHyPar。在我们广泛的基准测试实例集上,它实现了与Mt-KaHyPar相当但不确定的配置类似的分区质量和性能,并且在分区质量,运行时间和并行加速方面优于唯一的其他现有并行确定性算法BiPart。
2021-12-23 cs.DC cs.DS
Submodular Hypergraph Partitioning: Metric Relaxations and Fast Algorithms via an Improved Cut-Matching Game
本文提出统一有向与无向超图划分的通用模型,引入多态拟阵割函数,通过负型度量松弛实现$O(\sqrt{\log n})$近似,并推广割匹配游戏得到近线性时间$O(\log n)$近似算法。
2023-07-26 cs.DM cs.DS
On Computing Maximal Independent Sets of Hypergraphs in Parallel
超图的极大独立集问题是否属于(R)NC问题是并行计算理论中的基本问题之一。与图中MIS的情况不同,对于超图问题,尽管做了大量工作,但我们的知识相当有限。当超图的边具有常数时,问题存在于\emph{RNC}中。对于具有$n$顶点和$m$边的一般超图,以前已知的最快算法在时间$O(\sqrt{n})$中与$\text{poly}(m,n)$处理器一起工作。本文给出了一个EREW PRAM算法,它在时间$n^{o(1)}$和$\text{poly}(m,n)$处理器上工作于满足$m \leq n^{\frac{\log^{(2)}n}{8(\log^{(3)}n)^2}}$的一般超图上,其中$\log^{(2)}n = \log\log n$和$\log^{(3)}n = \log\log\log n$ .我们的算法是基于一个抽样的思想,减少了维数的超图和采用的算法为常数维超图作为一个子程序。
2014-08-12 cs.DC cs.DS
An Efficient Multilinear Optimization Framework for Hypergraph Matching
Saarland University(萨尔大学)
超图匹配由于能够整合高阶几何信息,近年来已成为解决计算机视觉中对应问题的一种流行方法。超图匹配问题可以归结为一个带有分配约束的三阶优化问题,是NP难问题。在最近的工作中,我们提出了一种超图匹配算法,它首先将三阶问题提升到四阶问题,然后通过优化相应的多线性形式来解决四阶问题。这导致张量块坐标上升方案,其具有在原始匹配得分函数中提供单调上升的保证,并且导致在所实现的匹配得分和准确性方面的最新性能。在本文中,我们表明,提升步骤的四阶问题,可以避免产生一个三阶计划具有相同的保证和性能,但两倍的速度。此外,我们引入了同伦型方法,进一步提高了性能。
2016-05-24 cs.CV cs.DS math.OC
Counting hypergraph matchings up to uniqueness threshold
研究了有界最大度和最大超边数超图中匹配的近似计数问题。利用活动参数$λ$,每个匹配的$M$被分配权重$λ^{|M|}$。计数问题被公式化为计算一个分区函数,该分区函数给出了超图中所有匹配的权重之和。这个问题统一了近似计数中两个广泛研究的统计物理模型:硬核模型(图独立集)和单体-二聚体模型(图匹配)。对于该模型,临界活动$λ_c= \frac{d^d}{k (d-1)^{d+1}}$是无限$(d+1)$ -均匀$(k+1)$ -正则超树上Gibbs测度唯一性的阈值.考虑最大度至多为$k+1$且超边的最大长度至多为$d+1$的超图。我们表明,当$λ< λ_c$,有一个FPTAS计算的分区函数;和当$λ= λ_c$,有一个PTAS计算的日志分区函数。这些算法是基于吉布斯分布的相关性衰减(强空间混合)属性。当$λ> 2λ_c$时,配分函数或对数配分函数没有PRAS,除非NP $=$ RP。为了得到近似计数计算复杂性的一个急剧转变,我们研究了从有限超图序列到具有特定对称性的无限格的局部收敛性。我们展示了一个令人惊讶的连接之间的局部收敛性和可逆性的自然随机游动。这导致我们对硬度结果的一个障碍:无限吉布斯测度的非唯一性不能通过任何有限gadget实现。
2017-01-06 cs.DS math.CO
Some remarks on hypergraph matching and the Füredi-Kahn-Seymour conjecture
本文研究Füredi-Kahn-Seymour猜想,证明其对秩3超图成立,并给出迭代舍入算法的改进界,优于基线保证。
2022-03-08 cs.DS math.CO
Simpler and Stronger Approaches for Non-Uniform Hypergraph Matching and the Füredi, Kahn, and Seymour Conjecture
Füredi,Kahn,and Seymour(1993)关于非均匀超图匹配的一个著名猜想指出,对于任何边权为$w$的超图,存在一个匹配$M$使得不等式$\sum_{e\in M} g(e) w(e) \geq \mathrm{OPT}_{\mathrm{LP}}$与$g(e)=|e|-1+\frac{1}{|e|}$成立,其中$\mathrm{OPT}_{\mathrm{LP}}$表示正则LP松弛的最优值。虽然这个猜想仍然是开放的,但最近Brubach,Sankararaman,Srinivasan和Xu(2020)获得了最强的结果--建立并加强了Bansal,Gupta,Li,Mestre,Nagarajan和Rudra(2012)的先前工作--表明上述不等式适用于$g(e)=|e|+O(|e|\exp(-|e|))$。实际上,他们的方法在更一般的采样设置中工作,其中,给定规范LP松弛的点$x$,任务是以至少$\frac{x(e)}{g(e)}$的概率有效地对包含每个边缘$e$的匹配$M$进行采样。我们提出了更简单,易于分析的程序,从而改善结果。更确切地说,对于任何解决方案$x$的规范LP,我们介绍了一个简单的算法的基础上指数时钟Brubach等人。的采样设置实现$g(e)=|e|-(|e|-1)x(e)$。除了在$g$上的微小改进外,我们的技术可能会开辟新的方法来攻击原始猜想…
2020-10-30 cs.DS math.OC
Distributed Maximal Matching and Maximal Independent Set on Hypergraphs
研究了超图的极大匹配和极大独立集的分布复杂性。超图$H=(V_H,E_H)$的最大匹配是超边的最大不交集$M\subseteq E_H$,MIS $S\subseteq V_H$是使得没有超边完全包含在$S$中的最大节点集。这两个问题都可以通过一个简单的顺序贪婪算法来解决,该算法可以在$O(Δr + \log^* n)$轮中简单地实现,其中$Δ$是最大度,$r$是秩,$n$是节点数。我们表明,对于最大匹配,这种天真的算法是最佳的,在以下意义上。任何解决问题的确定性算法都需要$Ω(\min\{Δr, \log_{Δr} n\})$轮,而任何随机化算法都需要$Ω(\min\{Δr, \log_{Δr} \log n\})$轮。因此,对于任何复杂度为$O(f(Δ, r) + g(n))$形式的算法,如果$g(n)$不太大,特别是如果$g(n) = \log^* n$(由于Linial的下界[FOCS'87],这是对$n$的最佳渐近依赖性),我们就有$f(Δ, r) \in Ω(Δr)$。我们的下界证明是基于轮消除框架,其结构的灵感来自于一个新的轮消除不动点,我们给超图的$Δ$ -顶点着色问题。对于超图的MIS问题,我们表明,$Δ\ll r$,有显着的改进,天真的$O(Δr + \log^* n)$轮算法。我们给出了两个确定性算法的问题。我们表明,超图MIS可以计算在$O(Δ^2\cdot…
2022-11-03 cs.DC cs.DS
Scalable Shared-Memory Hypergraph Partitioning
超图划分是高性能计算应用中优化数据布局和最小化通信量的重要预处理步骤。为了应对日益增长的问题规模,它已成为越来越重要的是开发快速并行分割算法的解决方案的质量是有竞争力的现有的顺序算法。为此,我们提出了Mt-KaHyPar,第一个共享内存多级超图分区器,并行实现了顺序,高质量分区系统所使用的许多技术:使用并行社区发现作为指导的并行粗化算法,通过具有工作窃取的并行递归二分区的初始分区,可缩放标签传播细化算法,以及经典FM算法的第一个完全并行的直接$k$路公式。在不同应用领域的大量基准测试实例集上进行的实验表明了该方法的可扩展性和有效性。在64个核心的情况下,我们观察到高达51的自相关加速比和23.5的谐波平均加速比。在解决方案质量方面,我们在95%的实例上优于分布式超图分区器Zoltan,同时也快了2.1倍。只有四个核心,Mt-KaHyPar也比最快的顺序多级分区器PaToH稍快,同时在所有实例的83%上产生更好的解决方案。顺序高质量分区器KaHyPar仍然比我们的并行方法找到更好的解决方案,特别是在使用基于最大流的细化时。然而,这是以相当长的运行时间为代价的。
2020-10-21 cs.DC cs.DS
Online Matching on $3$-Uniform Hypergraphs
Max Planck Institute for Informatics(马克斯·普朗克信息学研究所);Centrum Wiskunde & Informatica(荷兰数学与计算机科学中心);Boston University(波士顿大学)
研究3-均匀超图上的在线匹配问题,提出最优对偶分数算法,实现竞争比约0.4621,并展示其最优性。对于k≥3,给出优于贪心的整数算法,在在线节点度数受限时表现更优。
2026-04-17 cs.DS math.OC
Online Hypergraph Matching with Delays
我们研究了一个在线超图匹配问题的延迟,乘车共享应用程序的动机。在此模型中,用户按顺序进入市场,并愿意等待$d$时间步长以匹配,之后他们将离开系统以支持外部选项。平台可以将最多$k$用户的组匹配在一起,指示他们将共享乘车。每一组用户都根据他们之间的兼容程度产生一个匹配值。例如,在共乘中,$k$是服务车辆的容量,而$d$是用户愿意等待驾驶员与他们匹配的时间量。我们目前的结果为效用最大化和成本最小化的问题的变体。在效用最大化设置中,无论何时$k \geq 3$,最优竞争比都是$\frac{1}{d}$,并且对于任何固定的$k$,都可以在多项式时间内实现。在成本最小化变化中,当$k = 2$时,确定性算法的最优竞争比是$\frac{3}{2}$,并且通过多项式时间阈值算法来实现。当$k>2$,我们证明了一个多项式时间的随机搜索算法是$(2 - \frac{1}{d}) \log k$ -竞争的,它是NP-难实现的竞争比优于$\log k - O (\log \log k)$。
2020-09-25 cs.DM cs.DS
Hypergraph matching for MU-MIMO user grouping in wireless LANs
研究了多用户MIMO(MU-MIMO)无线局域网下行链路的用户分组问题。特别地,我们关注的问题,是否单用户发送波束成形(SU-TxBF)或MU-MIMO应使用,以及有多少用户和哪些用户应该在多用户(MU)组。我们制定的多用户空中时间公平性(MU-ATF)标准的系统吞吐量最大化的问题。我们表明超图提供了一个合适的数学模型和有效的工具,找到最佳或接近最佳的解决方案。我们表明,最优分组问题可以有效地解决的情况下,只有SU-TxBF和2用户MU组在系统中被允许。对于一般情况下,任何数量的用户可以被分配到不同大小的组,我们开发了一个有效的图匹配算法(GMA)的基础上图论的原则。我们使用802.11ac仿真器,这是使用收集的信道测量从室内环境和模拟信道样本的室外场景中创建的系统吞吐量方面评估所提出的算法。我们表明,我们的GMA实现至少93%的最佳系统吞吐量在所有考虑的测试情况下。
2018-12-04 cs.CC cs.DS eess.SP