ชุดที่ครอบงำโลก

ในทฤษฎีกราฟเซตครอบงำทั่วโลกคือเซตครอบงำของกราฟนั่นคือเซตครอบงำของกราฟส่วนเติมเต็ม ด้วยเช่นกันตัวเลขการครอบงำระดับโลกคือจำนวนสมาชิกขั้นต่ำของเซตครอบงำทั่วโลกของแนวคิดนี้ได้รับการนำเสนอโดย E. Sampathkumar ในปี 1989 [ 1 ]
คำนิยาม
อนุญาตเป็นกราฟที่มีเซตของจุดยอดและชุดขอบชุดหนึ่งเป็น ชุด ที่ครอบงำถ้าทุกจุดยอดในอยู่ติดกับจุดยอดอย่างน้อยหนึ่งจุดในชุดที่โดดเด่นเรียกว่าเซตครอบงำทั่วโลก (หรือเซต gd ) ถ้านอกจากนี้ยังเป็นเซตที่ครอบงำของส่วนเติมเต็มอีกด้วย[ 1 ]
ในทำนองเดียวกัน ชุดที่ครอบงำของเซตนี้จะเป็นเซตครอบงำทั่วโลกก็ต่อเมื่อสำหรับแต่ละจุดยอดมีจุดยอดอยู่จุดหนึ่งโดยที่ไม่ได้อยู่ติดกับใน[ 1 ]
คุณสมบัติ
คุณสมบัติต่อไปนี้ใช้ได้กับกราฟทุกประเภท: [ 1 ]
- , ที่ไหนคือจำนวนการครอบงำของ
- , ที่ไหน
สำหรับกราฟของคำสั่งโดยไม่มีจุดยอดที่แยกเดี่ยว: [ 1 ]
- , ที่ไหนคือจำนวนโครมาติกของ
จำนวนการครอบงำทั่วโลกแสดงให้เห็นถึงความไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การดำเนินการกราฟ บางอย่าง ตัวอย่างเช่น สำหรับวัฏจักร(กับ) จำนวนการครอบงำทั่วโลกยังคงไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การดำเนินการทำซ้ำขอบ และเช่นเดียวกันสำหรับล้อ[ 2 ]
ขอบเขต
สำหรับกราฟที่เชื่อมต่อกันของคำสั่งด้วยระดับสูงสุดเส้นผ่านศูนย์กลางรัศมีและเซตของจุดยอดสนับสนุน (จุดยอดที่อยู่ติดกับจุดยอดที่มีดีกรี))ขอบล่างต่อไปนี้เป็นจริง: [ 3 ]
ขอบเขตบนได้รับการกำหนดไว้แล้วเช่นกัน: [ 3 ]
- เมื่อไร, ที่ไหนคือระดับขั้นต่ำ
กราฟที่รู้จัก
สำหรับตระกูลกราฟเฉพาะ ได้มีการกำหนดจำนวนการครอบงำทั่วโลกไว้แล้ว: [ 1 ] [ 2 ]
- สำหรับกราฟที่สมบูรณ์หรือส่วนเติมเต็มของมัน:
- สำหรับกราฟสองส่วนที่สมบูรณ์กับ:
- สำหรับรอบ หนึ่งกับและ:
- สำหรับเส้นทางกับ:
- สำหรับล้อ:ถ้า, และมิฉะนั้น
หมายเลขโดมาติกทั่วโลก
หมายเลขโดมาติกทั่วโลกคือลำดับสูงสุดของการแบ่งกลุ่มเซตของจุดยอดเข้าสู่เซตครอบงำระดับโลก ในทำนองเดียวกับความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนการครอบงำและจำนวนโดมาติกเราจึงมีและ, ที่ไหนคือหมายเลขโดเมนและคือระดับขั้นต่ำของ[ 1 ]
ความซับซ้อนในการคำนวณ
ปัญหาของการค้นหาเซตครอบงำทั่วโลกขั้นต่ำเป็นปัญหาNP-hardซึ่งได้รับการพิสูจน์โดย Brigham และ Dutton (1990) ผ่านการลดรูปจากปัญหาเซตครอบงำซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นปัญหา NP-hard [ 3 ] [ 4 ]
ปัญหายังคงเป็น NP-hard แม้สำหรับคลาสกราฟที่จำกัด รวมถึงกราฟระนาบและกราฟแยกสำหรับกราฟแยก เซตครอบงำทั่วโลกใดๆ จะถูกสร้างขึ้นโดยเซตครอบงำของกราฟหรือโดยเซตครอบงำที่เสริมด้วยจุดยอดจากเซตอิสระ[ 3 ]
อัลกอริทึม
ได้มีการพัฒนาอัลกอริทึมทั้งแบบแม่นยำและแบบฮิวริสติกสำหรับปัญหาการครอบงำทั่วโลก: [ 3 ]
อัลกอริทึมที่แม่นยำ:
- การกำหนดสูตร การเขียนโปรแกรมเชิงเส้นจำนวนเต็ม ( ILP) โดยใช้ข้อจำกัดเพื่อให้มั่นใจถึงการครอบงำในทั้งสองด้านและ
- อัลกอริทึมการแจงนับโดยปริยายที่ใช้การค้นหาแบบไบนารีเหนือขนาดของคำตอบที่เป็นไปได้ โดยมีขอบเขตล่างและขอบเขตบนเป็นแนวทาง
อัลกอริทึมแบบฮิวริสติก:
- อัลกอริทึม แบบโลภ (Greedy algorithms)ที่เลือกจุดยอดแบบวนซ้ำโดยเพิ่มจำนวนจุดยอดที่ถูกครอบงำใหม่ในกราฟและกราฟส่วนเติมเต็มให้มากที่สุด
- กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ซึ่งช่วยลดขนาดของเซตครอบงำทั่วโลกโดยการลบจุดยอดที่ซ้ำซ้อนออกไป ในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติการครอบงำไว้
แอปพลิเคชัน
ชุดครอบงำระดับโลกเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในบริบทความน่าเชื่อถือของเครือข่าย ลองพิจารณากราฟที่แสดงถึงเครือข่ายถนนที่เชื่อมต่อสถานที่ต่างๆ โดยที่บางสถานที่นั้นมีสถานีจ่ายน้ำ หากลิงก์หลัก (ขอบของกราฟ)หากเส้นทางหลักล้มเหลว การรักษาระดับการจัดส่งจึงจำเป็นต้องให้สถานีต่างๆ สามารถเข้าถึงทุกสถานที่ผ่านทางเส้นทางสำรอง (ขอบของเส้นทางหลัก)). ชุดครอบงำทั่วโลกแสดงถึงชุดสถานีจ่ายขั้นต่ำที่จำเป็นในการรักษาการให้บริการโดยไม่คำนึงถึงว่าเครือข่ายใด (หลักหรือสำรอง) กำลังทำงานอยู่[ 1 ]
ในการวิเคราะห์เครือข่ายสังคมเมื่อสร้างแบบจำลองบุคคลที่มีพฤติกรรมทางสังคมบางอย่าง ชุดครอบงำมาตรฐานจะระบุบุคคลที่มีอิทธิพล แต่ไม่ได้คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นในความสัมพันธ์ของอิทธิพล ชุดครอบงำทั่วโลกจะรับประกันความครอบคลุมแม้ว่าเครือข่ายอิทธิพลจะเปลี่ยนไปเป็นส่วนเติมเต็มก็ตาม ซึ่งให้ความยืดหยุ่นต่อการเปลี่ยนแปลงเครือข่ายแบบไดนามิก[ 3 ]
อ่านเพิ่มเติม
- แฮร์ริส, เอลิซาเบธ มารี (สิงหาคม 2012). กราฟเสถียรการครอบงำระดับโลก (ปริญญาโท). มหาวิทยาลัยรัฐอีสต์เทนเนสซี.