Co-NP-Vollständigkeit der minimalen TSP-Tour?

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Dieses Problem ergab sich aus meinem letzten Blogeintrag . Angenommen, Sie erhalten eine TSP-Tour. Ist es co-NP-vollständig, um festzustellen, ob es sich um ein Minimum handelt?

Genauer ist das folgende Problem NP-vollständig:

Instanz: Gegeben ist ein vollständiger Graph G mit Kanten, die mit positiven ganzen Zahlen gewichtet sind, und ein einfacher Zyklus C, der alle Knoten von G aufruft.

Frage: Gibt es einen einfachen Zyklus D, der alle Knoten von G so aufruft, dass das Gesamtgewicht aller Kanten von D in G genau kleiner ist als das Gesamtgewicht aller Kanten von C in G?

Lance Fortnow
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Antworten:

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Eine Skizze einer möglichen Reduktion zum Nachweis der NP-Vollständigkeit.

Informell geht es von einer modifizierten 3SAT-Formel aus, die zeigt, dass 3SAT ASP-vollständig ist (ein weiteres Lösungsproblem), und "folgt" der Standard-Reduktionskette 3SAT => DIRECTED HAMCYCLE => UNDIRECTED HAMCYCLE => TSP

  • Beginnt mit einer 3SAT Formel mit n Variablen x 1 , . . . x n und m caluses C 1 , . . . , C m ;φnx1,...xnmC1,...,Cm
  • Verwandle es in eine neue Formel füge eine neue Variable t hinzuφt ... ;
  • ... und jede Klausel auf ( x(xich1xich2xich3);(xich1xich2xich3t)
  • Von bauen , um die Diamant Struktur Graph G = { V , E } verwendet , um den DIRECTED Hamilton - Operator CYCLE ist NP-Complete zu beweisen; Angenommen, jede Klausel C j entspricht dem Knoten N j in G ;φG={V,E}CjNjG
  • Modifiziere in Graph G ' = { V ' , E ' } und ersetze jeden Knoten u durch drei verbundene Knoten uGG={V,E}u und modifiziere die Kanten gemäß der Standardreduktion, die verwendet wird, um die NP-Vollständigkeit von UNDIRECTED HAMILTONIAN CYCLE zu beweisen aus DIRECTED HAMILTONIAN CYCLE dh u 1 ist der Knoten, der für eingehende Kanten verwendet wird, u 3 ist der Knoten, der für ausgehende Kanten verwendet wird;u1,u2,u3u1u3
  • Konvertiere die UNREGELTE HAMILTONISCHE ZYKLUS-Instanz auf in eine TSP-Instanz T, in der alle Kanten von G ' das Gewicht w = 1 haben , mit Ausnahme der (eindeutigen) Kante in der Raute, die zu der "positiven" Zuordnung von t mit dem Gewicht w = geht 2 (roter Rand in der Abbildung unten); Schließlich haben die Kanten, die hinzugefügt werden, um G 'zu vervollständigen, das Gewicht w = 3 .GTGw=1tw=2Gw=3

Eindeutig die TSP - Instanz hat einen einfachen Zyklus , dass Besuche alle Knoten den die erfüllende Belegung von φ ' , in der t = t r u e (und diese Tour kann leicht in Polynomzeit konstruiert werden), aber es hat Gesamtgewicht | V ' | + 1 (da es verwendet die Kante , die entsprechen die Belegung t = t r u e , dass das Gewicht 2 hat). T hat einen weiteren einfachen Zyklus, der alle Knoten mit einem niedrigeren Gesamtgewicht | besucht V ' |Tφt=true|V|+1t=trueT|V|wenn und nur wenn die Kante des Gewichts Das entspricht die Zuordnung t = t r u e nicht verwendet wird ; oder äquivalent, wenn und nur wenn es eine andere befriedigende Zuordnung von φ 'gibt, in der t = f a l s e ist ; Dies kann aber genau dann zutreffen, wenn die ursprüngliche Formel φ erfüllt ist.2t=trueφt=feinlseφ

Ich werde mehr darüber nachdenken und einen formellen Beweis schreiben (wenn es sich nicht als falsch herausstellt :-). Lassen Sie mich wissen, wenn Sie weitere Details zu einer oder mehreren der oben genannten Passagen benötigen.

Bildbeschreibung hier eingeben

Wie durch domotorp bemerkt ist eine interessante Folge , dass das folgende Problem NP-vollständig ist: ein Graph Gegeben und ein Hamilton - Pfad in ihm, hat G hat einen Hamilton - Zyklus?GG

Marzio De Biasi
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Sie zeigen also im Wesentlichen, dass es NPc ist, zu entscheiden, ob es einen H-Zyklus hat, wenn ein Graph und ein H-Pfad darin gegeben sind, oder?
Domotorp
Sieht großartig aus. Vielen Dank für die Mühe beim Schreiben. Ein paar Änderungen betreffen direkt meine Frage: Die Kanten des Graphen sollten mit 1 gewichtet werden, mit Ausnahme der speziellen Kante, die mit 2 gewichtet werden sollte, und der Nicht-Kanten sollten mit 3 gewichtet werden.
Lance Fortnow
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GH1H2
@domotorp: du hast recht! :)
Marzio De Biasi
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arxiv.org/pdf/1403.3431.pdf von Marzio De Biasi
T ....
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Papadimitriou & Steiglitz (1977) haben NP-Vollständigkeit dieses Problems gezeigt.

Marcus Ritt
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Autsch ... ich habe ein leichtes "Reinveting-the-Wheel" -Gefühl :-) Das Papier steckt hinter der SIAM Paywall. Ist der Beweis meinem ähnlich?
Marzio De Biasi
Ich habe keinen Zugang zu dem Papier, aber Sie können die Beweise auch in Abschnitt 19.9 ihres Buches finden , der möglicherweise zugänglicher ist.
Marcus Ritt
GGG
@ Marzio de Biasi Ich denke, das Papier zu aktualisieren ist in Ordnung. Ihr alternativer Beweis ist immer noch interessant.
Marcus Ritt