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.
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.