Техника Бренды Бейкер

Техника Бренды Бейкер — это метод построения приближенных схем полиномиального времени (ПСПВ, PTAS) для задач на планарных графах. Метод назван именем американской учёной в области информатики Бренды Бейкер, сообщившей о методе на конференции 1983 года и опубликовавшей статью в журнале Journal of the ACM в 1994.

Идея техники Бренды Бейкер заключается в разбиении графа на уровни, так что задача может быть решена оптимально на каждом уровне, затем решения на каждом уровне комбинируются удовлетворительным способом, что приводит к реалистичному решению. Эта техника дала ПСПВ для следующих задач: задача поиска изоморфного подграфа, задача о максимальном независимом множестве, задача о вершинном покрытии, минимальное доминирующее множество, минимальное доминирующее множество рёбер многие другие.

Теория двумерности Эрика Демайна, Фёдора Фомина, Мухаммеда Хаджигайи и Димитроса Тиликоса и её ответление упрощённые декомпозиции[1][2] обобщает и существенно расширяет область применения техники Бренды Бейкер на обширное множество задач на планарных графах и, более обще, на графах, не содержащих определённого минора, таких как графы с ограниченным родом, а также другие классы графов, не замкнутые по взятию минора, такие как 1-планарные графы.

Пример техники

Пример, на котором продемонстрируем технику Бренды Бейкер — это задача нахождения максимума взвешенного независимого множества.

Алгоритм

НЕЗАВИСИМОЕ МНОЖЕСТВО(,,)

Выбираем произвольную вершину 

Находим уровни поиска в ширину для графа  с корнем  : 
Для всех 
Находим компоненты  графа  после удаления уровня 
Для всех 
Вычисляем  , независимое множество с максимальным весом для графа  

Пусть  является решением задачи с максимальным весом среди 
Возвращаем 

Заметим, что приведённый алгоритм правдоподобен, поскольку каждое множество является объединением непересекающихся независимых множеств.

Динамическое программирование

Динамическое программирование используется для вычисления независимого множества максимального веса для каждого . Эта задача динамического программирования работает, поскольку каждый граф является -внешнепланарным. Многие NP-полные задачи можно решить с помощью динамического программирования на -внешнепланарных графах.

Примечания

Литература

  • B. Baker. Approximation algorithms for NP-complete problems on planar graphs // Journal of the ACM. — 1994. Т. 41, вып. 1. С. 153–180. doi:10.1145/174644.174650.
  • B. Baker. Approximation algorithms for NP-complete problems on planar graphs // FOCS. — 1983. Т. 24.
  • H. Bodlaender. Dynamic programming on graphs with bounded treewidth // ICALP. — 1988. doi:10.1007/3-540-19488-6_110.
  • E. Demaine, M. Hajiaghayi, K. Kawarabayashi. Algorithmic graph minor theory: Decomposition, approximation, and coloring // FOCS. — 2005. Т. 46. doi:10.1109/SFCS.2005.14.
  • E. Demaine, M. Hajiaghayi, K. Kawarabayashi. Contraction decomposition in H-minor-free graphs and algorithmic applications // STOC. — 2011. Т. 43. doi:10.1145/1993636.1993696.
  • E. Demaine, M. Hajiaghayi, N. Nishimura, P. Ragde, D. Thilikos. Approximation algorithms for classes of graphs excluding single-crossing graphs as minors. // J. Comput. Syst. Sci.. — 2004. Т. 69. doi:10.1016/j.jcss.2003.12.001.
  • D. Eppstein. Diameter and treewidth in minor-closed graph families. // Algorithmica. — 2000. Т. 27. doi:10.1007/s004530010020. arXiv:math/9907126v1.
  • D. Eppstein. Subgraph isomorphism in planar graphs and related problems. // SODA. — 1995. Т. 6.
  • Alexander Grigoriev, Hans L. Bodlaender. Algorithms for graphs embeddable with few crossings per edge // Algorithmica. — 2007. Т. 49, вып. 1. С. 1–11. doi:10.1007/s00453-007-0010-x.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.