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以树宽和列表大小为参数的 Anti-Factor 问题是 FPT(但计数问题是困难的)

计算复杂性 2023-02-08 v2 数据结构与算法

摘要

在一般的 AntiFactor 问题中,给定一个图 GG,其中每个顶点 vv 具有一个禁用度集合 XvNX_v\subseteq \mathbb{N},任务是找到一个边集合 SS,使得 vvSS 中的度数不在集合 XvX_v 中。使用标准技术(动态规划 + 快速卷积)可以证明,如果 MM 是最大禁用度,则在给定宽度为 kk 的树分解时,该问题可以在 (M+2)knO(1)(M+2)^k\cdot n^{O(1)} 的时间内解决。然而,如果集合 XvX_v 是稀疏的,则可能存在显著更快的算法:我们的主要算法结果表明,如果每个顶点最多有 xx 个禁用度(我们称这种特殊情况为 AntiFactorx_x),则该问题可以在 (x+1)O(k)nO(1)(x+1)^{O(k)}\cdot n^{O(1)} 的时间内解决。也就是说,AntiFactorx_x 以树宽 kk 和排除度数的最大数量 xx 为参数是固定参数可解的。我们的算法使用了代表集技术,该技术可以推广到优化版本,但(如预期那样)不能推广到该问题的计数版本。事实上,我们证明了 #AntiFactor1_1 以给定分解的宽度为参数时已经是 #W[1]-困难的。此外,我们表明,与判定版本不同,标准的动态规划算法对于计数版本基本上是最优的。形式上,对于固定的非空集合 XX,我们用 XX-AntiFactor 表示每个顶点 vv 具有相同禁用度集合 Xv=XX_v=X 的特殊情况。我们展示了对于每个固定集合 XX 的以下下界:如果存在一个 ϵ>0\epsilon>0 使得 #XX-AntiFactor 可以在宽度为 kk 的树分解上以 (maxX+2ϵ)knO(1)(\max X+2-\epsilon)^k\cdot n^{O(1)} 的时间解决,则计数强指数时间假设(#SETH)不成立。

关键词

引用

@article{arxiv.2110.09369,
  title  = {Anti-Factor is FPT Parameterized by Treewidth and List Size (but Counting is Hard)},
  author = {Dániel Marx and Govind S. Sankar and Philipp Schepper},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2110.09369},
  year   = {2023}
}

备注

v2: Proof of Lemma 7.1 in Section 7.1 revised by adding more intermediate steps, minor corrections