กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

ไม่มีชื่อบทความ

ใน ทฤษฎีกราฟ เซต ครอบงำทั่วโลก คือ เซตครอบงำ เอส {\displaystyle S} ของกราฟ จี {\displaystyle G} นั่นคือเซตครอบงำของ กราฟส่วนเติมเต็ม ด้วยเช่นกัน จี ¯ {\displaystyle {\bar {G}}}...

ชุดที่ครอบงำโลก

กราฟ สอง กราฟ ที่เสริมกัน โดยแต่ละกราฟมี เซตครอบงำทั่วโลกขั้นต่ำที่ระบายสีแดง

ในทฤษฎีกราฟเซตครอบงำทั่วโลกคือเซตครอบงำเอส{\displaystyle S}ของกราฟจี{\displaystyle G}นั่นคือเซตครอบงำของกราฟส่วนเติมเต็ม ด้วยเช่นกันจี¯{\displaystyle {\bar {G}}}ตัวเลขการครอบงำระดับโลกγจี(จี){\displaystyle \gamma _{g}(G)}คือจำนวนสมาชิกขั้นต่ำของเซตครอบงำทั่วโลกของจี{\displaystyle G}แนวคิดนี้ได้รับการนำเสนอโดย E. Sampathkumar ในปี 1989 [ 1 ]

คำนิยาม

อนุญาตจี=(วี,อี){\displaystyle G=(V,E)}เป็นกราฟที่มีเซตของจุดยอดวี{\displaystyle V}และชุดขอบอี{\displaystyle E}ชุดหนึ่งเอสวี{\displaystyle S\subseteq V}เป็น ชุด ที่ครอบงำจี{\displaystyle G}ถ้าทุกจุดยอดในวีเอส{\displaystyle VS}อยู่ติดกับจุดยอดอย่างน้อยหนึ่งจุดในเอส{\displaystyle S}ชุดที่โดดเด่นเอส{\displaystyle S}เรียกว่าเซตครอบงำทั่วโลก (หรือเซต gd ) ถ้าเอส{\displaystyle S}นอกจากนี้ยังเป็นเซตที่ครอบงำของส่วนเติมเต็มอีกด้วยจี¯{\displaystyle {\bar {G}}}[ 1 ]

ในทำนองเดียวกัน ชุดที่ครอบงำเอส{\displaystyle S}ของจี{\displaystyle G}เซตนี้จะเป็นเซตครอบงำทั่วโลกก็ต่อเมื่อสำหรับแต่ละจุดยอดวีวีเอส{\displaystyle v\in VS}มีจุดยอดอยู่จุดหนึ่งคุณเอส{\displaystyle u\in S}โดยที่คุณ{\displaystyle u}ไม่ได้อยู่ติดกับวี{\displaystyle v}ในจี{\displaystyle G}[ 1 ]

คุณสมบัติ

คุณสมบัติต่อไปนี้ใช้ได้กับกราฟทุกประเภทจี{\displaystyle G}: [ 1 ]

  • γจี(จี)=γจี(จี¯){\displaystyle \gamma _{g}(G)=\gamma _{g}({\bar {G}})}
  • γ(จี)γจี(จี){\displaystyle \gamma (G)\leq \gamma _{g}(G)}, ที่ไหนγ(จี){\displaystyle \gamma (G)}คือจำนวนการครอบงำของจี{\displaystyle G}
  • γ¯(จี)γจี(จี){\displaystyle {\bar {\gamma }}(G)\leq \gamma _{g}(G)}, ที่ไหนγ¯(จี)=γ(จี¯){\displaystyle {\bar {\gamma }}(G)=\gamma ({\bar {G}})}
  • γ(จี)+γ¯(จี)2γจี(จี)γ(จี)+γ¯(จี){\displaystyle {\frac {\gamma (G)+{\bar {\gamma }}(G)}{2}}\leq \gamma _{g}(G)\leq \gamma (G)+{\bar {\gamma }}(G)}

สำหรับกราฟจี{\displaystyle G}ของคำสั่งพี{\displaystyle p}โดยไม่มีจุดยอดที่แยกเดี่ยว: [ 1 ]

  • γ(จี)+γจี(จี)พี+1{\displaystyle \gamma (G)+\gamma _{g}(G)\leq p+1}
  • γจี(จี)สูงสุด{χ(จี),χ(จี¯)}{\displaystyle \gamma _{g}(G)\leq \max\{\chi (G),\chi ({\bar {G}})\}}, ที่ไหนχ(จี){\displaystyle \chi (G)}คือจำนวนโครมาติกของจี{\displaystyle G}

จำนวนการครอบงำทั่วโลกแสดงให้เห็นถึงความไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การดำเนินการกราฟ บางอย่าง ตัวอย่างเช่น สำหรับวัฏจักรซีn{\displaystyle C_{n}}(กับn3,n5{\displaystyle n\neq 3,n\neq 5}) จำนวนการครอบงำทั่วโลกยังคงไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การดำเนินการทำซ้ำขอบ และเช่นเดียวกันสำหรับล้อn{\displaystyle W_{n}}[ 2 ]

ขอบเขต

สำหรับกราฟที่เชื่อมต่อกันจี{\displaystyle G}ของคำสั่งn{\displaystyle n}ด้วยระดับสูงสุดΔ(จี){\displaystyle \Delta (G)}เส้นผ่านศูนย์กลาง(จี){\displaystyle d(G)}รัศมี(จี){\displaystyle r(G)}และเซตของจุดยอดสนับสนุน (จุดยอดที่อยู่ติดกับจุดยอดที่มีดีกรี)1{\displaystyle 1})เอสคุณพีพี(จี){\displaystyle Supp(G)}ขอบล่างต่อไปนี้เป็นจริง: [ 3 ]

แอล=สูงสุด{nΔ(จี)+1,2(จี)3,(จี)+13,|เอสคุณพีพี(จี)|}γจี(จี){\displaystyle L=\max \left\{{\frac {n}{\Delta (G)+1}},{\frac {2r(G)}{3}},{\frac {d(G)+1}{3}},|Supp(G)|\right\}\leq \gamma _{g}(G)}

ขอบเขตบนได้รับการกำหนดไว้แล้วเช่นกัน: [ 3 ]

  • γจี(จี)นาที{Δ(จี),Δ(จี¯)}+1{\displaystyle \gamma _{g}(G)\leq \min\{\Delta (G),\Delta ({\bar {G}})\}+1}
  • γจี(จี)สูงสุด{δ(จี),δ(จี¯)}+1{\displaystyle \gamma _{g}(G)\leq \max\{\delta (G),\delta ({\bar {G}})\}+1}เมื่อไรδ(จี)=δ(จี¯)>2{\displaystyle \delta (G)=\delta ({\bar {G}})>2}, ที่ไหนδ(จี){\displaystyle \delta (G)}คือระดับขั้นต่ำ

กราฟที่รู้จัก

สำหรับตระกูลกราฟเฉพาะ ได้มีการกำหนดจำนวนการครอบงำทั่วโลกไว้แล้ว: [ 1 ] [ 2 ]

  • สำหรับกราฟที่สมบูรณ์เคพี{\displaystyle K_{p}}หรือส่วนเติมเต็มของมันเค¯พี{\displaystyle {\bar {K}__{p}}:γจี(จี)=พี{\displaystyle \gamma _{g}(G)=p}
  • สำหรับกราฟสองส่วนที่สมบูรณ์เค,n{\displaystyle K_{m,n}}กับ2n{\displaystyle 2\leq m\leq n}:γจี(เค,n)=n{\displaystyle \gamma _{g}(K_{m,n})=n}
  • สำหรับรอบ หนึ่งซีn{\displaystyle C_{n}}กับn3{\displaystyle n\neq 3}และn5{\displaystyle n\neq 5}:γจี(ซีn)=n/3{\displaystyle \gamma _{g}(C_{n})=\lceil n/3\rceil }
  • สำหรับเส้นทางพีn{\displaystyle P_{n}}กับn4{\displaystyle n\geq 4}:γจี(พีn)=n/3{\displaystyle \gamma _{g}(P_{n})=\lceil n/3\rceil }
  • สำหรับล้อn{\displaystyle W_{n}}:γจี(n)=4{\displaystyle \gamma _{g}(W_{n})=4}ถ้าn=4{\displaystyle n=4}, และγจี(n)=3{\displaystyle \gamma _{g}(W_{n})=3}มิฉะนั้น

หมายเลขโดมาติกทั่วโลก

หมายเลขโดมาติกทั่วโลกจี(จี){\displaystyle d_{g}(G)}คือลำดับสูงสุดของการแบ่งกลุ่มเซตของจุดยอดวี{\displaystyle V}เข้าสู่เซตครอบงำระดับโลก ในทำนองเดียวกับความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนการครอบงำและจำนวนโดมาติกเราจึงมีจี(จี)=จี(จี¯){\displaystyle d_{g}(G)=d_{g}({\bar {G}})}และจี(จี)(จี)δ(จี)+1{\displaystyle d_{g}(G)\leq d(G)\leq \delta (G)+1}, ที่ไหน(จี){\displaystyle d(G)}คือหมายเลขโดเมนและδ(จี){\displaystyle \delta (G)}คือระดับขั้นต่ำของจี{\displaystyle G}[ 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) โดยใช้2n{\displaystyle 2n}ข้อจำกัดเพื่อให้มั่นใจถึงการครอบงำในทั้งสองด้านจี{\displaystyle G}และจี¯{\displaystyle {\bar {G}}}
  • อัลกอริทึมการแจงนับโดยปริยายที่ใช้การค้นหาแบบไบนารีเหนือขนาดของคำตอบที่เป็นไปได้ โดยมีขอบเขตล่างและขอบเขตบนเป็นแนวทาง

อัลกอริทึมแบบฮิวริสติก:

  • อัลกอริทึม แบบโลภ (Greedy algorithms)ที่เลือกจุดยอดแบบวนซ้ำโดยเพิ่มจำนวนจุดยอดที่ถูกครอบงำใหม่ในกราฟและกราฟส่วนเติมเต็มให้มากที่สุด
  • กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ซึ่งช่วยลดขนาดของเซตครอบงำทั่วโลกโดยการลบจุดยอดที่ซ้ำซ้อนออกไป ในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติการครอบงำไว้

แอปพลิเคชัน

ชุดครอบงำระดับโลกเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในบริบทความน่าเชื่อถือของเครือข่าย ลองพิจารณากราฟที่แสดงถึงเครือข่ายถนนที่เชื่อมต่อสถานที่ต่างๆ โดยที่บางสถานที่นั้นมีสถานีจ่ายน้ำ หากลิงก์หลัก (ขอบของกราฟ)จี{\displaystyle G}หากเส้นทางหลักล้มเหลว การรักษาระดับการจัดส่งจึงจำเป็นต้องให้สถานีต่างๆ สามารถเข้าถึงทุกสถานที่ผ่านทางเส้นทางสำรอง (ขอบของเส้นทางหลัก)จี¯{\displaystyle {\bar {G}}}). ชุดครอบงำทั่วโลกแสดงถึงชุดสถานีจ่ายขั้นต่ำที่จำเป็นในการรักษาการให้บริการโดยไม่คำนึงถึงว่าเครือข่ายใด (หลักหรือสำรอง) กำลังทำงานอยู่[ 1 ]

ในการวิเคราะห์เครือข่ายสังคมเมื่อสร้างแบบจำลองบุคคลที่มีพฤติกรรมทางสังคมบางอย่าง ชุดครอบงำมาตรฐานจะระบุบุคคลที่มีอิทธิพล แต่ไม่ได้คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นในความสัมพันธ์ของอิทธิพล ชุดครอบงำทั่วโลกจะรับประกันความครอบคลุมแม้ว่าเครือข่ายอิทธิพลจะเปลี่ยนไปเป็นส่วนเติมเต็มก็ตาม ซึ่งให้ความยืดหยุ่นต่อการเปลี่ยนแปลงเครือข่ายแบบไดนามิก[ 3 ]

อ่านเพิ่มเติม

  • แฮร์ริส, เอลิซาเบธ มารี (สิงหาคม 2012). กราฟเสถียรการครอบงำระดับโลก (ปริญญาโท). มหาวิทยาลัยรัฐอีสต์เทนเนสซี.

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไม่มีชื่อบทความ

ใน ทฤษฎีกราฟ เซต ครอบงำทั่วโลก คือ เซตครอบงำ เอส {\displaystyle S} ของกราฟ จี {\displaystyle G} นั่นคือเซตครอบงำของ กราฟส่วนเติมเต็ม ด้วยเช่นกัน จี ¯ {\displaystyle {\bar {G}}}...

คำนิยาม

อนุญาต จี = ( วี , อี ) {\displaystyle G=(V,E)} เป็นกราฟที่มีเซตของจุดยอด วี {\displaystyle V} และชุดขอบ อี {\displaystyle E} ชุดหนึ่ง เอส ⊆ วี {\displaystyle S\subseteq V} เป็น ชุด ที่ ครอบงำ จี {\displaystyle G} ถ้าทุกจุดยอดใน วี − เอส {\displaystyle VS}...

คุณสมบัติ

คุณสมบัติต่อไปนี้ใช้ได้กับกราฟทุกประเภท จี {\displaystyle G} : [ 1 ]

ขอบเขต

สำหรับกราฟที่เชื่อมต่อกัน จี {\displaystyle G} ของคำสั่ง n {\displaystyle n} ด้วยระดับสูงสุด Δ ( จี ) {\displaystyle \Delta (G)} เส้นผ่านศูนย์กลาง ง ( จี ) {\displaystyle d(G)} รัศมี ร ( จี ) {\displaystyle r(G)} และเซตของ จุดยอดสนับสนุน...