Максимальне збільшення ваги ребер


9

Мені цікаво, чи вказана нижче проблема має ім’я чи якісь результати, пов’язані з цим.

Дозволяє G=(V,w) бути зваженим графіком де w(u,v) позначає вагу краю між u і v, і для всіх u,vV, w(u,v)[1,1]. Проблема полягає у пошуку підмножини вершин, яка максимально збільшує суму ваг прилеглих до них ребер:

maxSV(u,v):uS or vSw(u,v)
Зауважте, що я підраховую ребра як у підмножині, так і поза підмножиною, саме це відрізняє цю проблему від максимального скорочення. Однак, навіть якщо і і знаходяться в , я хочу порахувати ребро один раз (а не вдвічі), що відрізняє ціль від просто суми градусів.uvS(u,v)

Зауважте, що проблема є тривіальною, якщо всі ваги краю є негативними - просто візьміть весь графік!


Пізніше ваше визначення не відповідає вашій примітці про неврахування повторюваних країв. Ви підсумовуєте за упорядкованими парами або підмножинами з двома елементами? (останній подарує вам майно, яке вам потрібно, я думаю)
Суреш Венкат,

1
Ще одна примітка: єдині ваги ребер НЕ рахуються ті, які знаходяться всередині V \ S. Чи зацікавлені ви в результатах чи наближенні твердості, тому що в першому випадку мінімізація суми ваг ребра всередині S '= V \ S може бути більш природною проблемою .
Суреш Венкат

@Suresh: Офіційне визначення у питанні є правильним, якщо стосується коефіцієнта наближення. Це просто дає вдвічі більше того, що ви очікуєте від слів.
Tsuyoshi Ito

@TsuyoshiIto: О, я бачу, тому що краї порізу також рахуються двічі.
Суреш Венкат

1
Точна проблема є NP-жорсткою, оскільки, як писав Суреш у своєму коментарі, проблема еквівалентна необмеженому {0,1} квадратичному програмуванню, що є NP-жорстким.
Tsuyoshi Ito

Відповіді:


3

Насправді не рішення, а деякі спостереження.

Це особливий випадок наступної проблеми: заданий Всесвіт і колекція множин та вагова функція знайдіть множину такою, що є максимальною (вага набору - загальна вага його елементів). Ваша проблема відповідає випадку, коли кожен елемент відображається рівно в двох наборах (але я не впевнений, як використовувати це обмеження, хоча це може допомогти).U={1,,m}S1,,SnUw:U[1,1]I[n]w(iISi)U

Це проблема покриття: подібно до Max-k-Set-Cover, але без обмежень використовувати набори та з дозволеними негативними вагами. Жадібне наближення Max-k-Set-Cover (на кожному кроці виводиться множина, яка має найбільшу вагу непокритих елементів до цих пір) виводить послідовність множин так, що перші множини є наближенням до оптимальний (тому це одночасне наближення для всіх ). На жаль, як завжди, існує проблема з її аналізом, коли ваги можуть бути негативними. Основне спостереження аналізу жадного алгоритму полягає в тому, що якщо є першим набором, який виводиться, то (kk1+1/ekS1w(S1)OPTk/kOPTkбудучи максимальною вагою, охопленою множинами), оскільки менше суми ваг множин в оптимальному рішенні, і кожен з них має вагу менше . Однак з від'ємними вагами вже не вірно, що менше, ніж сума ваг в оптимальному рішенні. Загалом, зв’язок союзу вже не відповідає дійсності.kOPTkkw(S1)OPTk


5

FWIW, Вашу проблему важко визначити в мультиплікативному коефіцієнті для будь-якого .n1ϵϵ>0

Покажемо, що нижче, даючи зменшення збереження наближення від незалежного набору, для якого відома твердість наближення.

Зниження від незалежного набору

Нехай непрямий графік є екземпляром незалежного набору. Нехай позначить ступінь вершини в . Нехай -число вершин в .G=(V,E)dvvGnG

Побудувати ребро-зважений граф з наступним чином . Надайте кожному ребру вагою 1. Для кожної неізольованої вершини додайте нових ребер, кожна з масою , до нових вершин. Для кожної ізольованої вершини додайте один новий край ваги 1 до нової вершини.G=(V,E)GEvVdv11dv1vV

(Примітка: кожна нова вершина (в але не в ) має рівно один сусід, який є в )GGG

Лема має незалежний набір розміру iff (як приклад вашої проблеми) має рішення значення, принаймні .GkGk

Доказ. Нехай будь-яка незалежна безліч в . Тоді, оскільки вершини в незалежні в , значення в (за вашою метою) дорівнює SGSGSG

vSdv(dv1) = |S|.

І навпаки, нехай є рішенням для значення принаймні . Не втрачаючи загальності, припустимо, що не містить нових вершин. (Кожна нова вершина знаходиться на одному ребрі . Якщо не було виділено в , то вага ребра дорівнює , тому видалення зSGkSv(v,v)vG1vS збільшує значення S. Якщоv було виділено, то вага краю дорівнює 1, тому видаляючи v з S і додавання v підтримує значення S.)

Не втрачаючи загальності, припустимо, що S є самостійним набором в G. (Інакше нехай(u,v) бути ребром таким, що u і v знаходяться в S. Загальна вагаvкраї падаючих в Росії G є dv(dv1)=1, так що загальна вага vкраї падаючих, крім (u,v)становить не більше нуля. Таким чином, видаленняv з S не збільшував би значення S.)

Тепер, за тим же розрахунком, що і на початку доказування, значення S є |S|. З цього випливає|S|k. QED

Як сторону, ви можете попросити замість адитивного наближення, скажімо,O(n) або ϵm.

Мені здається можливим, що для вашої проблеми навіть вирішення, чи є рішення з позитивною цінністю, може бути важким для NP.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.