กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 4 นาที

ชุดที่โดดเด่นของความเป็นอิสระ

ใน ทฤษฎีกราฟ เซต ครอบงำ อิสระ สำหรับ กราฟ จี = ( วี , อี ) {\displaystyle G=(V,E)} เป็น เซตย่อย ดี ⊆ วี {\displaystyle D\subseteq V} ที่ ครอบงำ เซตอิสระ ที่กำหนด เอ {\displaystyle...

ชุดที่โดดเด่นของความเป็นอิสระ

แต่ละเซตอิสระ สูงสุด ของกราฟแสดงด้วยสีน้ำเงิน และแต่ละเซตจะมีเซตครอบงำแสดงด้วยสีแดง เซตครอบงำที่ใหญ่ที่สุดมีขนาดเท่ากับ 1 ดังนั้นจำนวนการครอบงำอิสระของกราฟคือฉันγ(จี)=1{\displaystyle i\gamma (G)=1}(ซึ่งน้อยกว่าจำนวนการครอบงำ)γ(จี)=2{\displaystyle \gamma (G)=2})

ในทฤษฎีกราฟ เซต ครอบงำอิสระสำหรับกราฟจี=(วี,อี){\displaystyle G=(V,E)}เป็นเซตย่อยดีวี{\displaystyle D\subseteq V}ที่ครอบงำเซตอิสระที่กำหนดเอ{\displaystyle A}ของจี{\displaystyle G}นั่นคือ ทุกจุดยอดในเอ{\displaystyle A}อยู่ในดี{\displaystyle D}หรืออยู่ติดกับจุดยอดในดี{\displaystyle D}[ 1 ] ต่างจาก เซตครอบงำทั่วไปซึ่งต้องครอบงำทุกจุดยอดในกราฟ เซตครอบงำอิสระจำเป็นต้องครอบงำเฉพาะจุดยอดของเซตอิสระเฉพาะเท่านั้น

หมายเลขการครอบงำความเป็นอิสระฉันγ(จี){\displaystyle i\gamma (G)}ของกราฟจี{\displaystyle G}คือค่าสูงสุด เหนือเซตอิสระทั้งหมดเอ{\displaystyle A}ของจี{\displaystyle G}ของเซตที่เล็กที่สุดที่ครอบงำเอ{\displaystyle A}[ 1 ]การครอบงำกลุ่มย่อยของจุดยอดอาจต้องใช้จุดยอดน้อยกว่าการครอบงำจุดยอดทั้งหมดดังนั้นฉันγ(จี)γ(จี){\displaystyle i\gamma (G)\leq \gamma (G)}สำหรับกราฟทั้งหมดจี{\displaystyle G}.

ความไม่เท่าเทียมกันอาจเป็นแบบเข้มงวด มีกราฟอยู่ด้วยจี{\displaystyle G}ซึ่งฉันγ(จี)<γ(จี){\displaystyle i\gamma (G)<\gamma (G)}ตัวอย่างเช่น สำหรับจำนวนเต็มบางจำนวนn{\displaystyle n}, อนุญาตจี{\displaystyle G}เป็นกราฟที่จุดยอดเป็นแถวและคอลัมน์ของn{\displaystyle n}-โดย-n{\displaystyle n}กระดาน และจุดยอดสองจุดดังกล่าวจะเชื่อมต่อกันก็ต่อเมื่อจุดยอดทั้งสองตัดกันเท่านั้น เซตอิสระเพียงอย่างเดียวคือเซตของแถวเท่านั้นหรือเซตของคอลัมน์เท่านั้น และแต่ละเซตสามารถถูกครอบงำโดยจุดยอดเพียงจุดเดียว (คอลัมน์หรือแถว) ดังนั้นฉันγ(จี)=1{\displaystyle i\gamma (G)=1}อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ครอบคลุมทุกจุดยอด เราจำเป็นต้องมีอย่างน้อยหนึ่งแถวและหนึ่งคอลัมน์ ดังนั้นγ(จี)=2{\displaystyle \gamma (G)=2}นอกจากนี้ อัตราส่วนระหว่างγ(จี)/ฉันγ(จี){\displaystyle \gamma (G)/i\gamma (G)}สามารถมีขนาดใหญ่ได้ตามอำเภอใจ ตัวอย่างเช่น ถ้าจุดยอดของจี{\displaystyle G}เซตย่อยทั้งหมดของกำลังสองของn{\displaystyle n}-โดย-n{\displaystyle n}กระดาน จากนั้นก็ยังคงอยู่ฉันγ(จี)=1{\displaystyle i\gamma (G)=1}, แต่γ(จี)=n{\displaystyle \gamma (G)=n}[ 1 ]

ความเชื่อมโยงกับสมมติฐานของวิซิง

จำนวนการครอบงำที่เป็นอิสระมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับสมมติฐานของวิซิงซึ่งระบุว่าสำหรับกราฟทั้งหมดจี{\displaystyle G}และชม{\displaystyle H}จำนวนการครอบงำของผลคูณคาร์ทีเซียนเป็นไปตามเงื่อนไขγ(จีชม)γ(จี)γ(ชม){\displaystyle \gamma (G\mathbin {\square } H)\geq \gamma (G)\cdot \gamma (H)}[ 2 ] Aharoniและ Szabó แสดงให้เห็นว่าสำหรับกราฟทั้งหมดจี{\displaystyle G}และชม{\displaystyle H}[ 3 ]

γ(จีชม)ฉันγ(จี)γ(ชม){\displaystyle \gamma (G\mathbin {\square } H)\geq i\gamma (G)\cdot \gamma (H)}
ฉันγ(จีชม)ฉันγ(จี)ฉันγ(ชม).{\displaystyle i\gamma (G\mathbin {\square } H)\geq i\gamma (G)\cdot i\gamma (H)}

เนื่องจากคลาสกราฟใดๆ สำหรับซึ่งγ(จี)=ฉันγ(จี){\displaystyle \gamma (G)=i\gamma (G)}เป็นไปตามสมมติฐานของ Vizing โดยอัตโนมัติ การเชื่อมต่อนี้กระตุ้นให้เกิดการศึกษาว่าคลาสกราฟใดมีคุณสมบัตินี้[ 2 ]

ผลลัพธ์สำหรับคลาสกราฟเฉพาะ

สำหรับกราฟคอร์ดัลจำนวนการครอบงำแบบอิสระจะเท่ากับจำนวนการครอบงำ:γ(จี)=ฉันγ(จี){\displaystyle \gamma (G)=i\gamma (G)}[ 1 ]ซึ่งหมายความว่าสมมติฐานของ Vizing เป็นจริงสำหรับกราฟคอร์ดัล[ 3 ]สำหรับกราฟคอร์ดัลที่แข็งแกร่ง ความเท่าเทียมกันเดียวกันนี้เป็นจริง เนื่องจากจำนวนการ ครอบงำเศษส่วนเท่ากับจำนวนการครอบงำสำหรับกราฟดังกล่าว[ 2 ]

สำหรับกราฟโคกราฟจำนวนการครอบงำแบบอิสระมีลักษณะเฉพาะที่เรียบง่าย:ฉันγ(จี){\displaystyle i\gamma (G)}เท่ากับจำนวนส่วนประกอบที่เชื่อมต่อกันของจี{\displaystyle G}[ 2 ]สิ่งนี้เป็นผลมาจากโครงสร้างแบบเรียกซ้ำของโคกราฟในฐานะการเชื่อมต่อและการรวมกัน: ในการเชื่อมต่อจี1จี2{\displaystyle G_{1}\otimes G_{2}}เซตอิสระสูงสุดใดๆ จะบรรจุอยู่ในองค์ประกอบหนึ่ง และสามารถถูกครอบงำโดยจุดยอดเดียวจากองค์ประกอบอื่นได้ ทำให้ได้ฉันγ(จี)=1{\displaystyle i\gamma (G)=1}ในสหภาพจี1จี2{\displaystyle G_{1}\oplus G_{2}}ตัวเลขการครอบงำความเป็นอิสระจะรวมกัน[ 2 ]

ความซับซ้อนในการคำนวณ

การคำนวณจำนวนการครอบงำแบบอิสระเป็นปัญหา NP-completeสำหรับกราฟหลายประเภท รวมถึงกราฟคอร์ดัล (เนื่องจากการครอบงำเป็นปัญหา NP-complete อยู่แล้วสำหรับกราฟคอร์ดัล) และกราฟสองส่วนนอกจากนี้ การตัดสินใจว่า... ก็เป็นปัญหา NP-complete เช่นกันฉันγ(จี)2{\displaystyle i\gamma (G)\geq 2}สำหรับกราฟคอร์ดอ่อน [ 4 ]

ในทางกลับกัน อัลกอริทึมเวลาพหุนามมีอยู่สำหรับคลาสกราฟที่จำกัดบางคลาส: [ 2 ]

สำหรับกราฟทั่วไป มีอัลกอริธึมที่แม่นยำซึ่งใช้เวลาในการประมวลผลแบบเลขชี้กำลังโอ*(1.7972n){\displaystyle O^{*}(1.7972^{n})}เวลา อัลกอริทึมนี้จะแจงนับเซตอิสระสูงสุด ทั้งหมด (ซึ่งมีอย่างมากที่สุด)3n/3{\displaystyle 3^{n/3}}โดยขอบเขต Moon–Moser ) และค้นหาเซตครอบงำขั้นต่ำสำหรับแต่ละรายการโดยใช้กลยุทธ์การแตกกิ่งรวมกับการจับคู่สูงสุด[ 2 ]

การประมาณค่า

สำหรับกราฟระนาบมีแผนการประมาณค่าแบบพหุนามเวลา (PTAS) โดยใช้เทคนิคการแยกชั้นของ Baker: [ 2 ]สำหรับทุกε>0{\displaystyle \varepsilon >0}มีอัลกอริทึมแบบใช้เวลาเชิงเส้นที่คำนวณค่าอย่างน้อยได้(1ε)ฉันγ(จี){\displaystyle (1-\varepsilon )\cdot i\gamma (G)}วิธีการนี้แบ่งจุดยอดออกเป็นชั้นๆ โดยอาศัยการฝังตัวในระนาบ ลบชั้นที่เป็นคาบเพื่อสร้างกราฟที่มีความกว้างของต้นไม้ที่จำกัด และใช้ขั้นตอนวิธีความกว้างของต้นไม้ที่จำกัดที่แม่นยำกับแต่ละส่วน

จำนวนการครอบงำแบบอิสระสองฝ่าย

จำนวนการครอบงำแบบอิสระสองฝ่ายฉันγฉัน(จี){\displaystyle i\gamma i(G)}ของกราฟจี{\displaystyle G}คือค่าสูงสุด เหนือเซตอิสระทั้งหมดเอ{\displaystyle A}ของจี{\displaystyle G}ของเซตอิสระที่เล็กที่สุดที่ครอบงำเอ{\displaystyle A}ความสัมพันธ์ต่อไปนี้ใช้ได้กับกราฟใดๆจี{\displaystyle G}: ฉัน(จี)γ(จี)ฉันγ(จี)ฉัน(จี)ฉันγฉัน(จี)ฉันγ(จี){\displaystyle {\begin{aligned}i(G)&\geq \gamma (G)\geq i\gamma (G)\\i(G)&\geq i\gamma i(G)\geq i\gamma (G)\end{aligned}}} ที่ไหนฉัน(จี){\displaystyle i(G)}คือจำนวนการครอบงำที่เป็นอิสระ

ดูเพิ่มเติม

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ชุดที่โดดเด่นของความเป็นอิสระ

ใน ทฤษฎีกราฟ เซต ครอบงำ อิสระ สำหรับ กราฟ จี = ( วี , อี ) {\displaystyle G=(V,E)} เป็น เซตย่อย ดี ⊆ วี {\displaystyle D\subseteq V} ที่ ครอบงำ เซตอิสระ ที่กำหนด เอ {\displaystyle...

ความเชื่อมโยงกับสมมติฐานของวิซิง

จำนวนการครอบงำที่เป็นอิสระมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับ สมมติฐานของวิซิง ซึ่งระบุว่าสำหรับกราฟทั้งหมด จี {\displaystyle G} และ ชม {\displaystyle H} จำนวน การครอบงำ ของ ผลคูณคาร์ทีเซียน เป็นไปตามเงื่อนไข γ ( จี ◻ ชม ) ≥ γ ( จี ) ⋅ γ ( ชม ) {\displaystyle...

ผลลัพธ์สำหรับคลาสกราฟเฉพาะ

สำหรับ กราฟคอร์ดัล จำนวนการครอบงำแบบอิสระจะเท่ากับจำนวนการครอบงำ: γ ( จี ) = ฉัน γ ( จี ) {\displaystyle \gamma (G)=i\gamma (G)} [ 1 ] ซึ่งหมายความว่าสมมติฐานของ Vizing เป็นจริงสำหรับกราฟคอร์ดัล [ 3 ] สำหรับ กราฟคอร์ดัลที่แข็งแกร่ง...

ความซับซ้อนในการคำนวณ

การคำนวณจำนวนการครอบงำแบบอิสระเป็น ปัญหา NP-complete สำหรับกราฟหลายประเภท รวมถึง กราฟคอร์ดัล (เนื่องจาก การครอบงำ เป็นปัญหา NP-complete อยู่แล้วสำหรับกราฟคอร์ดัล) และ กราฟสองส่วน นอกจากนี้ การตัดสินใจว่า...