กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 15 นาที

ชุดที่โดดเด่น

ค่าคงที่ของกราฟ

ในทฤษฎีกราฟเซตครอบงำสำหรับกราฟGคือเซตย่อยDของจุดยอดของกราฟ G โดยที่จุดยอดใดๆ ของGจะต้องอยู่ในDหรือมีจุดยอดข้างเคียงอยู่ในDจำนวนครอบงำγ( G...

ชุดที่โดดเด่น

สามเซตครอบงำของกราฟเดียวกัน (สีแดง) จำนวนการครอบงำของกราฟนี้คือ 2: (b) และ (c) แสดงให้เห็นว่ามีเซตครอบงำที่มี 2 จุดยอด และไม่มีเซตครอบงำที่มีเพียง 1 จุดยอด

ในทฤษฎีกราฟเซตครอบงำสำหรับกราฟGคือเซตย่อยDของจุดยอดของกราฟ G โดยที่จุดยอดใดๆ ของGจะต้องอยู่ในDหรือมีจุดยอดข้างเคียงอยู่ในDจำนวนครอบงำγ( G )คือจำนวนจุดยอดในเซตครอบงำที่เล็กที่สุดสำหรับG

ปัญหาชุดครอบงำเกี่ยวข้องกับการทดสอบว่าγ( G ) ≤ KสำหรับกราฟG ที่กำหนด และอินพุตKหรือไม่ ซึ่งเป็นปัญหาการตัดสินใจ แบบ NP-complete คลาสสิก ในทฤษฎีความซับซ้อนของการคำนวณ [ 1 ] ดังนั้นจึงเชื่อกันว่าอาจไม่มีอัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพที่สามารถคำนวณγ( G )สำหรับกราฟG ทั้งหมด ได้ อย่างไรก็ตาม มีอัลกอริทึมการประมาณค่า ที่มีประสิทธิภาพ เช่นเดียวกับอัลกอริทึมที่แม่นยำที่มีประสิทธิภาพสำหรับกราฟบางคลาส

ชุดครอบงำ (Dominating sets) มีประโยชน์ในทางปฏิบัติหลายด้าน ในเครือข่ายไร้สายชุดครอบงำถูกใช้เพื่อค้นหาเส้นทางที่มีประสิทธิภาพภายในเครือข่ายเคลื่อนที่แบบเฉพาะกิจ นอกจากนี้ยังมีการใช้ในงานสรุปเอกสารและในการออกแบบระบบรักษาความปลอดภัยสำหรับโครงข่ายไฟฟ้าอีก ด้วย

เซตครอบงำมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเซตอิสระกล่าวคือ เซตอิสระจะเป็นเซตครอบงำก็ต่อเมื่อมันเป็นเซตอิสระสูงสุดดังนั้น เซตอิสระสูงสุดใดๆ ในกราฟจึงจำเป็นต้องเป็นเซตครอบงำขั้นต่ำด้วย

คำจำกัดความอย่างเป็นทางการ

กำหนดให้กราฟแบบไม่มีทิศทางG = ( V , E )และเซตย่อยของจุดยอดดีวี{\displaystyle D\subseteq V}เรียกว่าเซตครอบงำถ้าสำหรับทุกจุดยอดคุณวีดี{\displaystyle u\in V\setminus D}มีจุดยอดอยู่จุดหนึ่งวีดี{\displaystyle v\in D}โดยที่{คุณ,วี}อี{\displaystyle \{u,v\}\in E}.

กราฟทุกกราฟมีเซตครอบงำอย่างน้อยหนึ่งเซต: ถ้าดี=วี={\displaystyle D=V=}ถ้า D คือ เซตของจุดยอดทั้งหมด ตามคำนิยามแล้วDจะเป็นเซตครอบงำ เนื่องจากไม่มีจุดยอดใดที่...คุณวีดี{\displaystyle u\in V\setminus D}ความท้าทายที่น่าสนใจกว่าคือการค้นหาเซตครอบงำขนาดเล็กจำนวนการครอบงำของGถูกกำหนดดังนี้: γ(จี):=นาที{|ดี|:ดี เป็นชุดที่ครอบงำ จี}{\displaystyle \gamma (G):=\min\{|D|:D{\text{ is a dominating set of }}G\}}.

ประวัติศาสตร์

ปัญหาการครอบงำได้รับการศึกษาตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1950 เป็นต้นมา แต่การวิจัยเกี่ยวกับการครอบงำเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในช่วงกลางทศวรรษ 1970 ในปี 1972 Richard Karpได้พิสูจน์ว่าปัญหาการครอบคลุมเซตเป็น ปัญหา NP-completeซึ่งส่งผลโดยตรงต่อปัญหาเซตครอบงำ เนื่องจากมีการจับคู่แบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างจุดยอดกับเซตและขอบกับจุดตัดที่ไม่แยกจากกันโดยตรงระหว่างสองปัญหานี้ ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าปัญหาเซตครอบงำเป็นปัญหาNP-completeเช่นกัน[ 2 ]

อัลกอริทึมและความซับซ้อนในการคำนวณ

ปัญหาการครอบคลุมเซตเป็น ปัญหา NP-hard ที่รู้จักกันดี – เวอร์ชันการตัดสินใจของการครอบคลุมเซตเป็นหนึ่งใน21 ปัญหา NP-complete ของ Karpมีการลดรูป L-reduction ในเวลาพหุนามคู่หนึ่ง ระหว่างปัญหาเซตครอบงำขั้นต่ำและปัญหาการครอบคลุมเซต[ 3 ]การลดรูปเหล่านี้ ( ดูด้านล่าง ) แสดงให้เห็นว่าอัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพสำหรับปัญหาเซตครอบงำขั้นต่ำจะให้อัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพสำหรับปัญหาการครอบคลุมเซต และในทางกลับกัน ยิ่งไปกว่านั้น การลดรูปยังคงรักษาอัตราส่วนการประมาณค่าไว้ : สำหรับ α ใดๆ อั ลกอริ ทึมการประมาณค่า α ในเวลาพหุนาม สำหรับเซตครอบงำขั้นต่ำจะให้ อัลกอริ ทึมการประมาณค่า α ใน เวลาพหุนาม สำหรับปัญหาการครอบคลุมเซต และในทางกลับกัน ทั้งสองปัญหาเป็นLog-APX-completeจริงๆ[ 4 ]

ความสามารถในการประมาณค่าของการครอบคลุมเซตก็เป็นที่เข้าใจกันดีเช่นกัน: สามารถหาปัจจัยการประมาณค่าลอการิทึมได้โดยใช้อัลกอริทึมโลภแบบง่ายและการหาปัจจัยการประมาณค่าซับลอการิทึมเป็นปัญหา NP-hard โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อัลกอริทึมโลภจะให้การประมาณค่าปัจจัย1 + log | V |ของเซตครอบงำขั้นต่ำ และไม่มีอัลกอริทึมเวลาพหุนามใดที่สามารถบรรลุปัจจัยการประมาณค่าที่ดีกว่าc log | V |สำหรับc > 0 บางค่า เว้นแต่P = NP [ 5 ]

การลดแอล

การลดสองแบบต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าปัญหาชุดครอบงำขั้นต่ำและปัญหาชุดครอบคลุม นั้น เทียบเท่ากันภายใต้การลด L : เมื่อกำหนดอินสแตนซ์ของปัญหาหนึ่งแล้ว เราสามารถสร้างอินสแตนซ์ที่เทียบเท่ากันของปัญหาอื่นได้[ 3 ]

จากการครองเกมไปจนถึงการครอบคลุมเกม

กำหนดกราฟG = ( V , E )โดยที่V = {1, 2, ..., n }จงสร้างอินสแตนซ์ของเซตปกคลุม( U , S )ดังนี้: เอกภพUคือVและตระกูลของเซตย่อยคือS = { S , S , ..., S }โดยที่S ประกอบด้วยจุดยอดv และจุดยอดทั้งหมดที่ อยู่ติดกับvในG

ถ้าDเป็นเซตครอบคลุมสำหรับGแล้วC = { S   : vD }จะเป็นคำตอบที่เป็นไปได้ของปัญหาเซตครอบคลุม โดยที่| C | = | D |ในทางกลับกัน ถ้าC = { S   : vD } เป็นคำ ตอบที่เป็นไปได้ของปัญหาเซตครอบคลุม แล้วDจะเป็นเซตครอบคลุมสำหรับGโดยที่| D | = | C |

ดังนั้น ขนาดของเซตครอบงำขั้นต่ำสำหรับGจึงเท่ากับขนาดของเซตปกคลุมขั้นต่ำสำหรับ( U , S )ยิ่งไปกว่านั้น มีอัลกอริทึมง่ายๆ ที่แปลงเซตครอบงำเป็นเซตปกคลุมที่มีขนาดเท่ากันและในทางกลับกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อัลกอริ ทึมการประมาณค่า α ที่มีประสิทธิภาพ สำหรับการปกคลุมเซตจะให้ประสิทธิภาพในการประมาณค่า αสำหรับเซตครอบงำขั้นต่ำด้วย

ตัวอย่างเช่น จากกราฟGที่แสดงทางด้านขวา เราสร้างเซตปกคลุม (set cover) ที่มีเอกภพU = {1, 2, ..., 6}และเซตย่อยS = {1, 2, 5}, S = {1, 2, 3, 5}, S = {2, 3, 4, 6}, S = {3, 4}, S = {1, 2, 5, 6}และS = {3, 5, 6}ในตัวอย่างนี้D = {3, 5}เป็นเซตครอบงำ (dominating set) สำหรับG ซึ่งสอดคล้องกับเซตปกคลุมC = { S , S }ตัวอย่างเช่น จุดยอด4 ∈ Vถูกครอบงำโดยจุดยอด3 ∈ Dและสมาชิก4 ∈ Uอยู่ในเซตS C

จากการควบคุมฉากไปจนถึงการครอบงำฉาก

ให้( S , U ) เป็นตัวอย่างของปัญหาเซตปกคลุม (set cover problem โดยมีเอกภพUและตระกูลของเซตย่อยS = { Si : iI }; เราสมมติว่าUและเซตดัชนีIไม่มีส่วนร่วมกัน สร้างกราฟG = ( V , E )ดังนี้: เซตของจุดยอดคือV = IUมีขอบ{ i , j } ∈ Eระหว่างแต่ละคู่i , jIและยังมีขอบ{ i , u }สำหรับแต่ละiIและuSi นั่นคือGเป็นกราฟแยกส่วน (split graph ): Iเป็นคลิก (clique)และUเป็นเซตอิสระ (independent set )

ถ้าC = { Si iD } เป็นคำตอบที่เป็นไปได้ของปัญหาเซตปกคลุมสำหรับเซตย่อยDI บางเซต แล้วDเป็นเซตครอบงำสำหรับG โดยที่| D | = | C | : ประการแรก สำหรับแต่ละuUจะมีiDที่uSi โดยการสร้างuและiอยู่ติดกันในGดังนั้นuจึงถูกครอบงำโดยiประการที่สอง เนื่องจากDต้องไม่ว่างเปล่า แต่ละiIจึงอยู่ติดกับจุดยอดในD

ในทางกลับกัน ให้Dเป็นเซตครอบคลุมสำหรับGจากนั้นเป็นไปได้ที่จะสร้างเซตครอบคลุมอีกเซตหนึ่งXโดยที่| X || D |และXI : เพียงแค่แทนที่uDU แต่ละตัว ด้วยเพื่อนบ้านiIของuจากนั้นC = { S   : iX }เป็นคำตอบที่เป็นไปได้ของปัญหาเซตครอบคลุม โดยที่| C | = | X || D |

ภาพประกอบทางด้านขวาแสดงโครงสร้างสำหรับU = { a , b , c , d , e }, I = {1, 2, 3, 4}, S = { a , b , c }, S = { a , b }, S = { b , c , d }และS = { c , d , e }
ในตัวอย่างนี้C = { S , S }คือเซตปกคลุม ซึ่งสอดคล้องกับเซตครอบงำD = {1, 4}
D = { a , 3, 4}เป็นเซตครอบคลุมอีกเซตหนึ่งสำหรับกราฟ Gเมื่อกำหนด D แล้ว เราสามารถสร้างเซตครอบคลุม X = {1, 3, 4}ซึ่งมีขนาดไม่ใหญ่กว่า Dและเป็นเซตย่อยของ Iได้ เซตครอบคลุม Xสอดคล้องกับเซตปกคลุม C = { S , S , S }

กรณีพิเศษ

ถ้ากราฟมีดีกรีสูงสุด Δ แล้ว อัลกอริทึมการประมาณแบบโลภ (greedy approximation algorithm) จะพบ การประมาณค่า O (log Δ)ของเซตครอบงำขั้นต่ำ นอกจากนี้ ให้d เป็นจำนวนสมาชิกของเซตครอบงำที่ได้จากการใช้การประมาณแบบโลภ แล้วความสัมพันธ์ต่อไปนี้จะเป็นจริงจีเอ็น+12เอ็ม+1{\displaystyle d_{g}\leq N+1-{\sqrt {2M+1}}}โดยที่NคือจำนวนโหนดและMคือจำนวนขอบในกราฟแบบไม่มีทิศทางที่กำหนด[ 6 ]สำหรับ Δ คงที่ ถือว่ามีคุณสมบัติเป็นเซตครอบงำสำหรับ การเป็นสมาชิก APXอันที่จริงแล้วมันคือ APX-complete [ 7 ]

ปัญหาดังกล่าวยอมรับแผนการประมาณค่าแบบพหุนามเวลา (PTAS) สำหรับกรณีพิเศษ เช่นกราฟดิสก์หน่วยและกราฟระนาบ[ 8 ]สามารถค้นหาเซตครอบงำขั้นต่ำได้ในเวลาเชิงเส้นในกราฟอนุกรม-ขนาน[ 9 ]

อัลกอริทึมที่แม่นยำ

เซตครอบงำขั้นต่ำของ กราฟ nจุดยอดสามารถหาได้ในเวลาO (2 n n )โดยการตรวจสอบเซตย่อยของจุดยอดทั้งหมดFomin, Grandoni & Kratsch (2009)แสดงวิธีการหาเซตครอบงำขั้นต่ำในเวลาO (1.5137 n )และพื้นที่เลขชี้กำลัง และในเวลาO (1.5264 n )และพื้นที่พหุนาม อัลกอริทึมที่เร็วกว่า โดยใช้ เวลา O (1.5048 n )ถูกค้นพบโดยvan Rooij, Nederlof & van Dijk (2009)ซึ่งยังแสดงให้เห็นว่าสามารถคำนวณจำนวนเซตครอบงำขั้นต่ำได้ในเวลานี้ จำนวนเซตครอบงำขั้นต่ำมีค่าสูงสุด1.7159 nและสามารถแสดงรายการเซตดังกล่าวทั้งหมดได้ในเวลา O ( 1.7159 n ) [ 10 ]

ความซับซ้อนแบบพารามิเตอร์

การค้นหาเซตครอบงำที่มีขนาดkมีบทบาทสำคัญในทฤษฎีความซับซ้อนแบบพารามิเตอร์ เป็นปัญหาที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับคลาสW[2]และใช้ในการลดรูปหลายครั้งเพื่อแสดงให้เห็นถึงความยากในการแก้ปัญหาอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปัญหานี้ไม่สามารถจัดการได้ด้วยพารามิเตอร์คงที่ในแง่ที่ว่าไม่มีอัลกอริทึมที่มีเวลาทำงานf ( k ) n O(1)สำหรับฟังก์ชันf ใดๆ เว้นแต่ว่าลำดับชั้น W จะยุบตัวลงเป็น FPT=W[2]

ในทางกลับกัน หากกราฟอินพุตเป็นกราฟระนาบ ปัญหายังคงเป็น NP-hard แต่มีอัลกอริทึมแบบพารามิเตอร์คงที่ที่เป็นที่รู้จัก ในความเป็นจริง ปัญหานี้มีเคอร์เนลที่มีขนาดเชิงเส้นในk [ 11 ] และเวลาการทำงานที่เป็นเลขชี้กำลังในkและลูกบาศก์ในnอาจได้รับโดยการใช้การเขียนโปรแกรมแบบไดนามิกกับการแบ่งสาขาของเคอร์เนล[ 12 ]โดยทั่วไปแล้ว ปัญหาเซตครอบงำและรูปแบบต่างๆ ของปัญหานี้สามารถแก้ไขได้ด้วยพารามิเตอร์คงที่เมื่อกำหนดพารามิเตอร์โดยทั้งขนาดของเซตครอบงำและขนาดของกราฟย่อยทวิภาคสมบูรณ์ที่ต้องห้าม ที่เล็กที่สุด นั่นคือ ปัญหานี้เป็น FPT บนกราฟที่ไม่มีไบคลิกซึ่งเป็นคลาสทั่วไปมากของกราฟเบาบางที่รวมถึงกราฟระนาบ[ 13 ]

เซตเสริมของเซตครอบงำ ซึ่งก็คือตัวบล็อกไม่ได้สามารถค้นหาได้ด้วยอัลกอริทึมพารามิเตอร์คงที่บนกราฟใดๆ ก็ได้[ 14 ]

ตัวแปร

เซตครอบงำอิสระคือ เซตครอบงำที่เป็นเซตอิสระ ด้วย หรือเทียบเท่ากับเซตอิสระสูงสุดจำนวนการครอบงำอิสระฉัน(จี){\displaystyle i(G)}คือขนาดขั้นต่ำของเซตครอบงำอิสระของGเนื่องจากการหาค่าต่ำสุดนั้นมาจากเซตจำนวนน้อยกว่าγ(จี)ฉัน(จี){\displaystyle \gamma (G)\leq i(G)}สำหรับกราฟG ทั้งหมด และความไม่เท่าเทียมกันอาจเป็นแบบเข้มงวด ความเท่าเทียมกันเกิดขึ้นสำหรับ กราฟ ที่ไม่มีกรงเล็บ[ 15 ]เนื่องจากกราฟเส้น ทุกกราฟ ไม่มีกรงเล็บ จึงสรุปได้ว่าการจับคู่สูงสุด ขั้นต่ำ และเซตครอบงำขอบ ขั้นต่ำ ของกราฟใดๆ จะมีขนาดเท่ากัน

เซตครอบงำอิสระของกราฟจี{\displaystyle G}เป็นเซตที่ครอบงำเซตอิสระ ทุก เซตจี{\displaystyle G}หมายเลขการครอบงำความเป็นอิสระฉันγ(จี){\displaystyle i\gamma (G)}คือค่าสูงสุด เหนือเซตอิสระทั้งหมดเอ{\displaystyle A}ของจี{\displaystyle G}ของเซตที่เล็กที่สุดที่ครอบงำเอ{\displaystyle A}[ 16 ]การครอบงำเฉพาะเซตอิสระอาจต้องใช้จุดยอดน้อยกว่าการครอบงำจุดยอดทั้งหมดดังนั้นฉันγ(จี)γ(จี){\displaystyle i\gamma (G)\leq \gamma (G)}สำหรับกราฟทั้งหมดจี{\displaystyle G}และอัตราส่วนγ(จี)/ฉันγ(จี){\displaystyle \gamma (G)/i\gamma (G)}อาจมีขนาดใหญ่มากตามอำเภอใจ[ 16 ]

เซตครอบงำที่เชื่อมต่อกันคือ เซตครอบงำที่เชื่อมต่อกัน ด้วยเช่นกัน ถ้าเอส{\displaystyle S}หากเซตครอบคลุมที่เชื่อมต่อกัน เราสามารถสร้างต้นไม้แผ่ขยายของเซตนั้น ได้จี{\displaystyle G}ซึ่งเอส{\displaystyle S}ก่อให้เกิดเซตของจุดยอดที่ไม่ใช่ใบของต้นไม้ ในทางกลับกัน ถ้าที{\displaystyle T}ต้นไม้แผ่คลุม (spanning tree) ในกราฟที่มีจุดยอดมากกว่าสองจุด โดยที่จุดยอดที่ไม่ใช่ใบของต้นไม้แผ่คลุมนั้นคือจุดยอดสองจุดที{\displaystyle T}สร้างเซตครอบงำที่เชื่อมต่อกัน ดังนั้น การหาเซตครอบงำที่เชื่อมต่อกันขั้นต่ำจึงเทียบเท่ากับการหาต้นไม้แผ่ขยายที่มีจำนวนใบมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

เซตครอบงำทั้งหมดคือเซตของจุดยอดที่จุดยอดทั้งหมดในกราฟรวมถึงจุดยอดในเซตครอบงำเอง มีเพื่อนบ้านอยู่ในเซตครอบงำ[ 17 ]นั่นคือ: สำหรับทุกจุดยอดคุณวี{\displaystyle u\in V}มีจุดยอดอยู่จุดหนึ่งวีดี{\displaystyle v\in D}โดยที่{คุณ,วี}อี{\displaystyle \{u,v\}\in E}รูป (c) ด้านบนแสดงเซตครอบงำที่เป็นเซตครอบงำที่เชื่อมต่อกันและเซตครอบงำทั้งหมด ตัวอย่างในรูป (a) และ (b) ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง ในทางตรงกันข้ามกับเซตครอบงำแบบง่าย เซตครอบงำทั้งหมดอาจไม่มีอยู่จริง ตัวอย่างเช่น กราฟที่มีจุดยอดหนึ่งจุดหรือมากกว่าและไม่มีขอบ จะไม่มีเซตครอบงำทั้งหมดจำนวนการครอบงำทั้งหมดγทั้งหมด(จี){\displaystyle \gamma ^{\text{total}}(G)}ถูกกำหนดให้เป็นขนาดขั้นต่ำของเซตครอบงำทั้งหมดของG ; เห็นได้ชัดว่าγทั้งหมด(จี)γ(จี){\displaystyle \gamma ^{\text{total}}(G)\geq \gamma (G)}.

เซตขอบครอบงำ (Dominating Edge Set ) คือเซตของขอบ (คู่ของจุดยอด) ที่ผลรวมของขอบเหล่านั้นเป็นเซตครอบงำ (Dominating Set) เซตดังกล่าวอาจไม่มีอยู่จริง (ตัวอย่างเช่น กราฟที่มีจุดยอดหนึ่งจุดขึ้นไปและไม่มีขอบ จะไม่มีเซตดังกล่าว) หากมีอยู่จริง ผลรวมของขอบทั้งหมดในเซตนั้นจะเป็นเซตครอบงำทั้งหมด (Total Dominating Set) ดังนั้น ขนาดที่เล็กที่สุดของเซตขอบครอบงำจึงมีค่าอย่างน้อยที่สุดเท่ากับ ...γทั้งหมด(จี)/2{\displaystyle \gamma ^{\text{total}}(G)/2}.

ในทางตรงกันข้ามเซตที่ครอบงำขอบคือเซตดี{\displaystyle D}ของขอบ โดยที่ขอบทุกขอบที่ไม่ได้อยู่ในดี{\displaystyle D}อยู่ติดกับขอบอย่างน้อยหนึ่งด้านดี{\displaystyle D}เซตดังกล่าวมีอยู่เสมอ (ตัวอย่างเช่น เซตของขอบทั้งหมดเป็นเซตที่ครอบคลุมขอบ)

เซตk-ครอบงำคือเซตของจุดยอดที่แต่ละจุดยอดที่ไม่ได้อยู่ในเซตนั้นมีเพื่อนบ้านอย่างน้อยkจุดในเซตนั้น (เซตครอบงำมาตรฐานคือเซต 1-ครอบงำ) ในทำนองเดียวกัน เซต k-ทูเพิลครอบงำคือเซตของจุดยอดที่แต่ละจุดยอดในกราฟนั้นมีเพื่อนบ้านอย่างน้อยkจุดในเซตนั้น (เซตครอบงำทั้งหมดคือเซต 1-ทูเพิลครอบงำ) สามารถหา ค่าประมาณ (1 +  log n )ของ เซต k- ทูเพิลครอบงำ ขั้นต่ำได้ในเวลาพหุนาม [ 18 ]ทุกกราฟยอมรับ เซต k-ครอบงำ (ตัวอย่างเช่น เซตของจุดยอดทั้งหมด) แต่มีเพียงกราฟที่มีดีกรีขั้นต่ำk − 1 เท่านั้น ที่ยอมรับ เซต k-ทูเพิลครอบงำ อย่างไรก็ตาม แม้ว่ากราฟจะยอมรับ เซต k- ทูเพิลครอบงำ แต่เซต k-ทูเพิลครอบงำขั้นต่ำ อาจมีขนาดใหญ่เกือบ kเท่าของ เซต k-ครอบงำขั้นต่ำสำหรับกราฟเดียวกัน[ 19 ] การประมาณ ค่า(1.7 + log Δ)ของ เซตที่ครอบงำ k ขั้นต่ำ สามารถพบได้ในเวลาพหุนามเช่นกัน

เซตครอบงำเศษส่วนถูกกำหนดจากฟังก์ชันครอบงำเศษส่วนซึ่งเป็นฟังก์ชันเอฟ:วี(จี)[0,1]{\displaystyle f:V(G)\to [0,1]}โดยที่สำหรับทุกจุดยอดวีวี{\displaystyle v\in V}ผลรวมของเอฟ{\displaystyle f}เหนือย่านที่ปิดล้อมเอ็น[วี]{\displaystyle N[v]}อย่างน้อยที่สุดคือ 1 [ 20 ]จำนวนการครอบงำเศษส่วนγเอฟ(จี){\displaystyle \gamma _{f}(G)}คือค่าน้ำหนักรวมต่ำสุด (ผลรวมของค่าจุดยอดทั้งหมด) ของฟังก์ชันดังกล่าว และเป็นไปตามเงื่อนไขγเอฟ(จี)γ(จี){\displaystyle \gamma _{f}(G)\leq \gamma (G)}สำหรับเค{\displaystyle k}- กราฟปกติที่มีn{\displaystyle n}จุดยอด (เค1{\displaystyle k\geq 1}) จำนวนการครอบงำแบบเศษส่วนเท่ากับn/(เค+1){\displaystyle n/(k+1)}.

เซต ที่มีดาวเด่น เป็นเซตย่อยดี{\displaystyle D}ของวี{\displaystyle V}โดยที่สำหรับทุกจุดยอดวี{\displaystyle v}ในวี{\displaystyle V}ดาราของวี{\displaystyle v}(ชุดของขอบที่อยู่ติดกับ)วี{\displaystyle v}) ตัดกับดาวของจุดยอดบางจุดในดี{\displaystyle D}ชัดเจน ถ้าจี{\displaystyle G}ถ้าหาก มีจุดยอดโดดเดี่ยวก็จะไม่มีเซตที่ครอบงำด้วยดาว (เนื่องจากดาวของจุดยอดโดดเดี่ยวว่างเปล่า) ถ้าจี{\displaystyle G}ถ้าไม่มีจุดยอดโดดเดี่ยว ทุกเซตที่ครอบงำจะเป็นเซตที่ครอบงำแบบดาว และในทางกลับกัน ความแตกต่างระหว่างการครอบงำแบบดาวและการครอบงำแบบปกติจะมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อพิจารณารูปแบบเศษส่วน[ 21 ]

การแบ่งกลุ่มแบบโดมาติกคือการแบ่งกลุ่มจุดยอดออกเป็นเซตครอบงำที่ไม่ซ้ำกัน จำนวนโดมาติก คือขนาดสูงสุดของการแบ่งกลุ่มแบบโดมาติก

เซตครอบงำนิรันดร์เป็นรูปแบบไดนามิกของการครอบงำซึ่งจุดยอดหนึ่งจุดวี{\displaystyle v}ในชุดที่ครอบงำดี{\displaystyle D}ถูกเลือกและแทนที่ด้วยเพื่อนบ้านคุณ{\displaystyle u}(คุณ{\displaystyle u}ไม่ได้อยู่ในดี{\displaystyle D}) เช่นนั้นที่การแก้ไขดี{\displaystyle D}นอกจากนี้ยังเป็นเซตครอบงำ และกระบวนการนี้สามารถทำซ้ำได้กับลำดับการเลือกจุดยอดที่ไม่มีที่สิ้นสุดใดๆ ก็ได้ วี{\displaystyle v}.

เซตครอบงำที่มีประสิทธิภาพ (เรียกอีกอย่างว่าเซต ed หรือเซตครอบงำที่สมบูรณ์แบบอิสระ[ 22 ] ) คือเซตครอบงำที่มีคุณสมบัติเพิ่มเติมว่าจุดยอดทุกจุดในกราฟจะถูกครอบงำโดย จุดยอด เพียงจุดเดียวในเซต[ 23 ]

เซตครอบงำแบบโรมันถูกกำหนดโดยฟังก์ชันครอบงำแบบโรมันซึ่งกำหนดค่าให้กับแต่ละจุดยอดจากค่าหนึ่ง{0,1,2}{\displaystyle \{0,1,2\}}โดยที่ทุกจุดยอดที่กำหนดค่าเป็น 0 จะต้องอยู่ติดกับจุดยอดที่กำหนดค่าเป็น 2 อย่างน้อยหนึ่งจุด นี่คือจำนวนการครอบงำแบบโรมันγอาร์(จี){\displaystyle \gamma _{R}(G)}คือผลรวมขั้นต่ำของค่าจุดยอดทั้งหมดเหนือฟังก์ชันดังกล่าวทั้งหมด แนวคิดนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากกลยุทธ์การป้องกันของจักรวรรดิโรมัน โดยที่จุดยอดแทนเมือง และค่าแทนกองทหารที่ประจำการอยู่ สำหรับกราฟใดๆจี{\displaystyle G},γ(จี)γอาร์(จี)2γ(จี){\displaystyle \gamma (G)\leq \gamma _{R}(G)\leq 2\gamma (G)}โดยที่ขอบเขตล่างบรรลุได้เฉพาะกราฟว่าง เท่านั้น [ 24 ]

เซตครอบงำระดับโลกคือเซตครอบงำของกราฟจี{\displaystyle G}นั่นคือเซตครอบงำของกราฟส่วนเติมเต็ม ด้วยเช่นกันจี¯{\displaystyle {\overline {G}}}ตัวเลขการครอบงำระดับโลกγจี(จี){\displaystyle \gamma _{g}(G)}คือจำนวนสมาชิกขั้นต่ำของเซตครอบงำทั่วโลก หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ เซตครอบงำเอส{\displaystyle S}เซตนี้จะเป็นเซตครอบงำทั่วโลกก็ต่อเมื่อสำหรับแต่ละจุดยอดวีวีเอส{\displaystyle v\in V-S}มีจุดยอดอยู่จุดหนึ่งคุณเอส{\displaystyle u\in S}โดยที่คุณ{\displaystyle u}ไม่ได้อยู่ติดกับวี{\displaystyle v}ตามนิยามแล้วγจี(จี)=γจี(จี¯){\displaystyle \gamma _{g}(G)=\gamma _{g}{\big (}{\overline {G}}{\big )}}และγ(จี)γจี(จี){\displaystyle \gamma (G)\leq \gamma _{g}(G)}สำหรับกราฟจี{\displaystyle G}กับพี{\displaystyle p}จุดยอดγจี(จี)=พี{\displaystyle \gamma _{g}(G)=p}ก็ต่อเมื่อจี=เคพี{\displaystyle G=K_{p}}หรือจี=เคพี¯{\displaystyle G={\overline {K_{p}}}}[ 25 ]

เซตครอบงำที่ได้รับการรับรองคือเซตครอบงำซึ่งทุกจุดยอดในเซตมีเพื่อนบ้านนอกเซตเป็นศูนย์หรืออย่างน้อยสองจุด[ 26 ]จำนวนการครอบงำที่ได้รับการรับรองγเซอร์(จี){\displaystyle \gamma _{\text{cer}}(G)}คือขนาดขั้นต่ำของชุดไพ่ที่ได้รับการรับรองว่ามีอำนาจเหนือกว่า อย่างชัดเจนγเซอร์(จี)γ(จี){\displaystyle \gamma _{\text{cer}}(G)\geq \gamma (G)}และความเท่าเทียมกันจะเกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่กราฟไม่มีจุดรองรับที่อ่อนแอ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อδ(จี)2{\displaystyle \delta (G)\geq 2}สำหรับกราฟที่เชื่อมต่อกันγเซอร์(จี)2γ(จี){\displaystyle \gamma _{\text{cer}}(G)\leq 2\gamma (G)}.

เซตครอบงำคู่ของกราฟจี=(วี,อี){\displaystyle G=(V,E)}เป็นเซตที่ครอบงำเอส{\displaystyle S}ของจุดยอดที่ทำให้กราฟย่อยเหนี่ยวนำจี[เอส]{\displaystyle G[S]}ประกอบด้วย การจับคู่ที่สมบูรณ์แบบอย่างน้อยหนึ่งรายการ[ 27 ]จำนวนการครอบงำแบบจับคู่γพี(จี){\displaystyle \gamma _{p}(G)}คือจำนวนสมาชิกขั้นต่ำของเซตครอบงำคู่ของจี{\displaystyle G}แนวคิดนี้จำลองสถานการณ์ที่วางยามไว้ที่จุดยอดของกราฟเพื่อควบคุม (ปกป้อง) จุดยอดทั้งหมด โดยมีข้อจำกัดเพิ่มเติมคือ ยามแต่ละคนจะต้องมียามที่อยู่ติดกันอีกคนหนึ่งเป็นตัวสำรอง

รูปแบบอื่นๆ ได้แก่

  • ชุดครอบงำที่ถูกจำกัด[ 28 ]
  • ชุดครอบงำที่ปลอดภัย[ 29 ]
  • ชุดครอบงำที่เชื่อมต่อสามเท่า[ 30 ]
  • ลงนามชุดครอบงำ[ 31 ]
  • ลบชุดที่ครอบงำ[ 32 ]และ
  • ชุดที่ครอบงำที่เป็นมิตร[ 33 ]

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. Garey & Johnson (1979 )
  2. เฮเดตเนียมิและลาสการ์ (1990) .
  3. 1 2คัน (1992) , หน้า 108–109.
  4. เอสคอฟฟีเยร์และปาโชส (2549) .
  5. ราซและซาฟรา (1997 )
  6. ปาเร ค (1991)
  7. ปาปาดิมิทริอูและยานนากากิส (1991 )
  8. Crescenzi et al. (2000) .
  9. ทากามิซาวะ, นิชิเซกิและไซโตะ (1982) .
  10. Fomin et al. (2008) .
  11. อัลเบอร์, เฟลโลว์สและนีเดอร์ไมเออร์ (2004 )
  12. Fomin & Thilikos (2006) .
  13. เทลเล แอนด์วิลเลจเจอร์ (2012) .
  14. Dehne et al. (2006) .
  15. อัลลันและลาสการ์ (1978 )
  16. 1 2อาฮาโรนี เบอร์เกอร์และซิฟ (2550) .
  17. เวสต์ (2001) , ส่วนที่ 3.1.
  18. คลาสซิ่งและลาฟอเรสต์ (2547) .
  19. ฟอร์สเตอร์ (2013 )
  20. เฮย์เนส, เฮเดตเนียมิและสเลเตอร์ (1998 )
  21. เมชูลัม (2003 )
  22. บังเก, บาร์เกาสกัสแอนด์สเลเตอร์ (1988) .
  23. บรันด์ซเตดท์, ไลเทิร์ต แอนด์เราเทนบาค (2012) .
  24. ค็อกเคนและคณะ (2004 )
  25. สั มปัธกุมาร (1989)
  26. Dettlaff et al. (2020) .
  27. เฮนส์และสเลเตอร์ (1998 )
  28. Domke et al. (1999) .
  29. เมรูอานแอนด์เชลลาลี (2015) .
  30. มหาเดวันและคณะ (2012 )
  31. Haas & Wexler (2004) .
  32. คังแอนด์ชาน (2020) .
  33. คาบาฮุก จูเนียร์, เอบาลล์และเฟอร์นันเดซ (2025) .

อ่านเพิ่มเติม

  • Grandoni, F. (2006), "หมายเหตุเกี่ยวกับความซับซ้อนของเซตครอบงำขั้นต่ำ", Journal of Discrete Algorithms , 4 (2): 209– 214, CiteSeerX 10.1.1.108.3223 , doi : 10.1016/j.jda.2005.03.002 .
  • Guha, S.; Khuller, S. (1998), "อัลกอริทึมการประมาณค่าสำหรับเซตครอบงำที่เชื่อมต่อกัน" (PDF) , Algorithmica , 20 (4): 374– 387, doi : 10.1007/PL00009201 , hdl : 1903/830 , S2CID 1249122 .
  • เฮนส์, เทเรซา ดับเบิลยู. ; เฮเดตนีมี, สตีเฟน; สเลเตอร์, ปีเตอร์ (1998a), พื้นฐานของการครอบงำในกราฟ , มาร์เซล เดกเกอร์, ISBN 0-8247-0033-3, OCLC 37903553 .
  • เฮนส์, เทเรซา ดับเบิลยู. ; เฮเดตนีมี, สตีเฟน; สเลเตอร์, ปีเตอร์ (1998b), การครอบงำในกราฟ: หัวข้อขั้นสูง , มาร์เซล เดคเกอร์, ISBN 0-8247-0034-1, OCLC 38201061 .
  • เวสต์, ดักลาส บี. (2001), บทนำสู่ทฤษฎีกราฟ (  ฉบับที่ 2), เพียร์สัน เอ็ดดูเคชั่น.
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Dominating_set&oldid=1352191481 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ชุดที่โดดเด่น

ในทฤษฎีกราฟเซตครอบงำสำหรับกราฟGคือเซตย่อยDของจุดยอดของกราฟ G โดยที่จุดยอดใดๆ ของGจะต้องอยู่ในDหรือมีจุดยอดข้างเคียงอยู่ในDจำนวนครอบงำγ( G...

คำจำกัดความอย่างเป็นทางการ

กำหนดให้กราฟแบบไม่มีทิศทาง G = ( V , E ) และ เซตย่อย ของจุดยอด ดี ⊆ วี {\displaystyle D\subseteq V} เรียกว่า เซตครอบงำ ถ้าสำหรับทุกจุดยอด คุณ ∈ วี ∖ ดี {\displaystyle u\in V\setminus D} มีจุดยอดอยู่จุดหนึ่ง วี ∈ ดี {\displaystyle v\in D} โดยที่ { คุณ , วี } ∈...

ประวัติศาสตร์

ปัญหาการครอบงำได้รับการศึกษาตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1950 เป็นต้นมา แต่การวิจัยเกี่ยวกับการครอบงำเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในช่วงกลางทศวรรษ 1970 ในปี 1972 Richard Karp ได้พิสูจน์ว่า ปัญหาการครอบคลุมเซต เป็น ปัญหา NP-complete ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อปัญหาเซตครอบงำ...

อัลกอริทึมและความซับซ้อนในการคำนวณ

ปัญหาการครอบคลุมเซตเป็น ปัญหา NP-hard ที่รู้จักกันดี – เวอร์ชันการตัดสินใจของการครอบคลุมเซตเป็นหนึ่งใน 21 ปัญหา NP-complete ของ Karp มี การลดรูป L-reduction ในเวลาพหุนามคู่หนึ่ง ระหว่างปัญหาเซตครอบงำขั้นต่ำและปัญหา การครอบคลุมเซต [ 3 ] การลดรูปเหล่านี้ (...