Gibt es ein Beispiel für eine Klasse von Graphen, für die das Vertex-Farbproblem in P liegt, die unabhängige Menge jedoch lautet, dass das Problem NP vollständig ist?
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Gibt es ein Beispiel für eine Klasse von Graphen, für die das Vertex-Farbproblem in P liegt, die unabhängige Menge jedoch lautet, dass das Problem NP vollständig ist?
Antworten:
Eine vielleicht allgemeinere Aussage (mit einem einfachen Beweis) ist, dass das folgende Problem bereits NP-vollständig ist:
Eingabe: Ein Graph G, eine 3-Färbung von G, eine ganze Zahl k.
Frage: Hat G eine unabhängige Menge der Größe k?
Dies kann durch eine Reduktion von Independent Set nachgewiesen werden. Beachten Sie, dass, wenn wir einen Graphen G nehmen, eine Kante auswählen und zweimal unterteilen (dh die Kante {u, v} durch einen Pfad u, x, y, v ersetzen, wobei x und y Grad zwei haben), dann die Unabhängigkeitszahl von G ist erhöht sich um genau eins. (Sie können zu jeder Menge, die in G unabhängig war, genau x oder y hinzufügen, und die Umkehrung ist auch nicht schwierig.) Die Frage, ob Graph G mit m Kanten eine unabhängige Menge der Größe k hat, ist also äquivalent zu der Frage ob G ', das das Ergebnis der zweimaligen Unterteilung aller Kanten in G ist, eine unabhängige Menge der Größe k + m hat. Beachten Sie jedoch, dass es einfach ist, G 'dreifarbig zu machen, indem Sie G' wie folgt in drei unabhängige Mengen unterteilen: Eine enthält die Scheitelpunkte, die sich ebenfalls in G befanden, und die anderen beiden Klassen enthalten jeweils genau einen der beiden. " Unterteiler " Eckpunkte für jede Kante. Daher konstruiert diese Prozedur einen Graphen G 'mit einer dreifarbigen Darstellung, so dass die Berechnung seiner Unabhängigkeitszahl die Unabhängigkeitszahl des ursprünglichen Graphen G ergibt.
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Angeblich beweist die Referenz "NP-vollständige Probleme auf einem 3-zusammenhängenden kubischen planaren Graphen und ihre Anwendungen" von Uehara (eine Arbeit, die ich noch nicht gesehen habe), dass die unabhängige Menge auch für dreieckfreie planare Graphen NP-vollständig ist. Aber nach Grötzschs Theorem sind sie immer dreifarbig, und das Prüfen auf eine kleinere Anzahl von Farben als 3 ist in jedem Diagramm einfach, sodass sie in P optimal eingefärbt werden können.
Kreisgraphen haben die entgegengesetzte Eigenschaft: Für sie ist die Färbung NP-vollständig, aber das Problem der unabhängigen Menge ist einfach.
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Dies ist keine neue Antwort, sondern eine Verdeutlichung der ersten und leicht zu beschaffenden Referenz für die Härte von INDEPENDENT SET in dreieckfreien kubischen ebenen Graphen: Die Anmerkung von Owen Murphy, Computing independent sets in graphs with large girth , Discrete Applied Mathematics 35 (1992) 167-170 beweist dies
Die von @BartJansen angegebene Reduktion ist ein Sonderfall in Murphys Beweis für seinen Satz.
Für die entgegengesetzte Eigenschaft scheinen Liniendiagramme natürlicher zu sein als Kreisdiagramme, wie sie von @DavidEppstein angesprochen werden. Für Liniendiagramme ist FARBEN NP-vollständig, aber UNABHÄNGIGES SET ist einfach.
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