Maximal Independent Set

Σχετικά έγγραφα
Κατανεμημένα Συστήματα Ι

q(g \ S ) = q(g \ S) S + d = S.

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

Φροντιστήριο 11 Λύσεις

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ Λ03Β ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΔΙΚΤΥΩΝ & ΠΟΛΥΠΛΟΚΟΤΗΤΑ ΦΛΕΒΑΡΗΣ 2004

u v 4 w G 2 G 1 u v w x y z 4

d(v) = 3 S. q(g \ S) S

Το πρόβλημα μονοδρόμησης (The One-Way Street Problem)

Κεφάλαιο 8. NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιμότητα. Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι

Κεφάλαιο 8. NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιμότητα. Παύλος Εφραιμίδης V1.1,

Θεωρία Γραφημάτων 7η Διάλεξη

Άσκηση 1. Ψευδοκώδικας Kruskal. Παρακάτω βλέπουμε την εφαρμογή του στο παρακάτω συνδεδεμένο γράφημα.

Θεωρία Γραφημάτων 4η Διάλεξη

4η Γραπτή Ασκηση Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα CoReLab ΣΗΜΜΥ 7 Φεβρουαρίου 2017 CoReLab (ΣΗΜΜΥ) 4η Γραπτή Ασκηση 7 Φεβρουαρίου / 38

Υπολογιστική Πολυπλοκότητα Εξέταση Ιουνίου 2017 Σελ. 1 από 5

ΔΥΣΚΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΙΜΟΤΗΤΑ

Ενδεικτικές Λύσεις 1ου Σετ Ασκήσεων

Αλγόριθμοι για αυτόματα

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Graph Algorithms. Παρουσίαση στα πλαίσια του μαθήματος «Παράλληλοι Αλγόριθμοι» Καούρη Γεωργία Μήτσου Βάλια

E(G) 2(k 1) = 2k 3.

Κατανεμημένα Συστήματα Ι

HY380 Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα Hard Problems

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Εισαγωγή στους Αλγόριθμους. Παύλος Εφραιμίδης, Λέκτορας

f x 0 για κάθε x και f 1

HY118-Διακριτά Μαθηματικά. Θεωρία γράφων / γραφήματα. Τι έχουμε δει μέχρι τώρα. Υπογράφημα. 24 -Γράφοι

HY118-Διακριτά Μαθηματικά. Θεωρία γράφων/ γραφήματα. Τι έχουμε δει μέχρι τώρα. Ισομορφισμός γράφων: Μία σχέση ισοδυναμίας μεταξύ γράφων.

z 1 E(G) 2(k 1) = 2k 3. x z 2 H 1 H 2

4η Γραπτή Ασκηση Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα CoReLab ΣΗΜΜΥ 3/2/2019 CoReLab (ΣΗΜΜΥ) 4η Γραπτή Ασκηση 3/2/ / 37

Κατανεμημένα Συστήματα Ι

Επίπεδα Γραφήματα : Προβλήματα και Υπολογιστική Πολυπλοκότητα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

Θεωρία Γραφημάτων 10η Διάλεξη

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά. Θεωρία γράφων / γραφήµατα. Τι έχουµε δει µέχρι τώρα. Υπογράφηµα Γράφοι

Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι

HY118-Διακριτά Μαθηματικά

Υπολογιστικό Πρόβληµα

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

Θεωρία Γραφημάτων 6η Διάλεξη

Τομές Γραφήματος. Γράφημα (μη κατευθυνόμενο) Συνάρτηση βάρους ακμών. Τομή : Διαμέριση του συνόλου των κόμβων σε δύο μη κενά σύνολα

Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις

Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων

Κουτσιούμπας Αχιλλέας U. Adamy, C. Ambuehl, R. Anand, T. Erlebach

Σχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων

ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Διάλεξη 2: Μαθηματικό Υπόβαθρο

Ασυμπτωτικός Συμβολισμός

Κεφάλαιο 8. NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιµότητα. Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Ελάχιστο Γεννητικό Δένδρο. Παράδειγμα - Αλγόριθμος Prim. Γιατί δουλεύουν αυτοί οι αλγόριθμοι;

4.3 Ορθότητα και Πληρότητα

Εκλογή αρχηγού σε σύγχρονο δακτύλιο: Οι αλγόριθμοι LCR και HS. 1 Ο αλγόριθμος LCR (Le Lann, Chang, and Roberts)

Κατανεμημένα Συστήματα Ι

Υπολογιστική Πολυπλοκότητα

HY118-Διακριτά Μαθηματικά. Τι είδαμε την προηγούμενη φορά. Θεωρία γράφων / γραφήματα. 25 -Γράφοι. ΗΥ118, Διακριτά Μαθηματικά Άνοιξη 2017

Εισαγωγή στους Αλγόριθµους. Αλγόριθµοι. Ιστορικά Στοιχεία. Ο πρώτος Αλγόριθµος. Παραδείγµατα Αλγορίθµων. Τι είναι Αλγόριθµος

HY118-Διακριτά Μαθηματικά. Θεωρία γράφων/ γραφήματα. Τι είδαμε την προηγούμενη φορά. Συνεκτικότητα. 25 -Γράφοι

Τυχαίοι γράφοι Η διάμετρος του G(n, 2 ln n/n) Ioannis Giotis

Σχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων

Πολυπλοκότητα. Παράμετροι της αποδοτικότητας ενός αλγόριθμου: Χρόνος εκτέλεσης. Απαιτούμενοι πόροι, π.χ. μνήμη, εύρος ζώνης. Προσπάθεια υλοποίησης

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

Θεωρία Γραφημάτων 11η Διάλεξη

Μέγιστη ροή. Κατευθυνόμενο γράφημα. Συνάρτηση χωρητικότητας. αφετηρίακός κόμβος. τερματικός κόμβος. Ροή δικτύου. με τις ακόλουθες ιδιότητες

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Ασυμπτωτικός Συμβολισμός

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΒΟΗΘΟΣ: ΒΑΓΓΕΛΗΣ ΔΟΥΡΟΣ

Λυσεις προβλημάτων τελικής φάσης Παγκύπριου Μαθητικού Διαγωνισμού Πληροφορικής 2007

Εύρεση ν-στού πρώτου αριθμού

Γράφοι: κατευθυνόμενοι και μη

Ασκήσεις μελέτης της 4 ης διάλεξης. ), για οποιοδήποτε μονοπάτι n 1

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Διακριτά Μαθηματικά [Rosen, κεφ. 3] Γιάννης Εμίρης Τμήμα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών, ΕΚΠΑ Οκτώβριος 2018

ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ. 7 η Διάλεξη Συνεκτικότητα (Συνδεσμικότητα) Βασικές έννοιες και ιδιότητες Το θεώρημα του Merger Ισομορφισμός

ΣΥΝΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ

Θεωρία Γραφημάτων 8η Διάλεξη

Πανεπιστήμιο Στερεάς Ελλάδας Τμήμα Πληροφορικής ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΩΝ

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Chapter 7, 8 : Completeness

Ενότητα 5: Αλγόριθμοι γράφων και δικτύων

2 n N: 0, 1,..., n A n + 1 A

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

n ίδια n διαφορετικά n n 0 n n n 1 n n n n 0 4

Αλγόριθµοι Ροής σε Γράφους (CLR, κεφάλαιο 27)

3η Σειρά Γραπτών Ασκήσεων

Ειδικά θέματα Αλγορίθμων και Δομών Δεδομένων (ΠΛΕ073) Απαντήσεις 1 ου Σετ Ασκήσεων

Κατανεμημένα Συστήματα Ι

Γ. Κορίλη Αλγόριθµοι ροµολόγησης

HY118-Διακριτά Μαθηματικά

ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Μέγιστη Ροή Ελάχιστη Τομή

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Κανονικές Γλώσσες (2)

Κατανεμημένα Συστήματα Ι

Ασυμπτωτικός Συμβολισμός

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Ασυμφραστικές Γλώσσες (3)

Δυναμικός προγραμματισμός για δέντρα

Κεφάλαιο 2.4 Matrix Algorithms

Π(n) : 1 + a + + a n = αν+1 1

Εισαγωγικές Έννοιες. ημήτρης Φωτάκης. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

Transcript:

Maximal Indpndnt St

Quick Rviw Μας δίνεται γράφος. Στους κόμβους του βρίσκονται ακίνητοι επεξεργαστές οι οποίοι επικοινωνούν σύγχρονα μέσω των ακμών. Οι επεξεργαστές προσπαθούν να λύσουν ένα πρόβλημα ανταλλάζοντας μηνύματα. Οι επεξεργαστές δε γνωρίζουν την τοπολογία όλου του γράφου. Στο τέλος κάθε ένας γνωρίζει το μέρος του αποτελέσματος που τον αφορά όχι ολόκληρη τη λύση.

Ορισμοί GE μη κατευθυνόμενος γράφος Ι είναι indpndnt st αν δεν υπάρχουν ακμές του G με τα δύο άκρα να ανήκουν στο Ι. Ένα indpndnt st λέγεται maximal όταν δεν μπορεί να προστεθεί σε αυτό κανένας κόμβος. Ένα indpndnt st I λέγεται maximum όταν για κάθε indpndnt st I του G ισχύει ότι Ι Ι. Επίσης ορίζουμε για κάθε κορυφή v Γv να είναι οι γείτονες του v και dv = Γv.

Maximum vs Maximal I.S. Το πρόβλημα Maximum Indpndnt St σειριακά είναι NP-hard. Αντιθέτως το πρόβλημα Maximal Indpndnt St λύνεται πολυωνυμικά: 1. Ι = 0/ 2. for v=1 to n do if I Γv = thn I = I {v} 0/

Παραλληλοποίηση Ο προηγούμενος αλγόριθμος βρίσκει ένα lxicoraphically first MIS maximal indpndnt st. Το πρόβλημα LFMIS δεν παραλληλοποιείται εύκολα δεν υπάρχει NC ή RNC αλγόριθμος που να το λύνει εκτός αν P = NC ή P = RNC αντίστοιχα. Παρόλα αυτά υπάρχει NC αλγόριθμος που να βρίσκει ένα MIS όχι απαραίτητα lxicoraphically first.

Η εργασία του Luy A Simpl Paralll Alorithm for th Maximal Indpndnt St Prolm SIAM Journal of Computin 1986. Παρουσιάζει έναν RNC αλγόριθμο που βρίσκει ένα MIS σε ένα EREW P-RAM. Μετά με drandomization βρίσκει τελικά έναν NC αλγόριθμο.

Κατανεμημένη μορφή Εκμεταλλευόμαστε το local proprty του αλγορίθμου του Luy. Προκύπτει έτσι κατανεμημένος αλγόριθμος έτσι ώστε μετά το πέρας του κάθε επεξεργαστής να γνωρίζει αν ανήκει ή όχι στο MIS maximal indpndnt st.

Περιγραφή του Αλγορίθμου 0/ Στην αρχή Ι = Σε κάθε επανάληψη κάθε επεξεργαστής μαρκάρεται με πιθανότητα 1/2dv. Ενημερώνει τους γείτονές του Αν δύο γείτονες έχουν μαρκαριστεί ξεμαρκάρεται αυτός με το μικρότερο βαθμό Οι μαρκαρισμένοι επεξεργαστές προστίθενται στο I. Αυτοί και οι γείτονές τους «αποχωρούν» Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να εξαντληθεί ο γράφος.

Χρονική Πολυπλοκότητα Διαισθητικά φαίνεται εύκολα πως On επαναλήψεις αρκούν για να τερματίσει ο αλγόριθμος με πιθανότητα 1. Άλλωστε αν X τ.μ. που δείχνει το πλήθος των κόμβων που αφαιρέθηκαν σε μια επανάληψη E[X] > ½. Άρα αν T τ.μ. που δείχνει το πλήθος των επαναλήψεων E[T] < 2n???

Ένα χρήσιμο Θεώρημα Έστω πως ξεκινάμε με μία σταθερή ποσότητα m. Σε κάθε βήμα αφαιρείται από την ποσότητα μία τ.μ. X. Γνωρίζουμε ότι E[X]>m για κάποια αύξουσα συνάρτηση. Σταματάμε όταν εξαντληθεί η αρχική ποσότητα. Αν T τ.μ. για το πλήθος των βημάτων τότε E[T]< n da 1 a

Χρονική πολυπλοκότητα Με εφαρμογή του προηγούμενου έχουμε όντως ότι E[T]<2n Θα θέλαμε όμως πολύ-λογαριθμικό χρόνο. Η εξέταση των αφαιρούμενων ακμών δίνει καλύτερη ανάλυση Θα δείξουμε ότι σε κάθε επανάληψη αν X τ.μ. για το πλήθος των ακμών που αφαιρέθηκαν E[X]>cm για κάποια σταθερά c. Με χρήση του προηγούμενου θεωρήματος αυτό δίνει λογαριθμικό χρόνο.

Good vrtics and ood ds Μία κορυφή είναι καλή ood αν τουλάχιστον το 1/3 των γειτόνων της έχει βαθμό μικρότερο ή ίσο από το δικό της Μία ακμή είναι καλή αν τουλάχιστον ένα από τα άκρα της είναι καλή κορυφή.

Λήμμα 1 Η πιθανότητα να μαρκαριστεί ένας γείτονας μιας 1 6 καλής κορυφής είναι τουλάχιστον 1- Απόδειξη: η πιθανότητα να μην επιλεγεί κανείς από τους γείτονες μικρότερου ή ίσου βαθμού είναι το πολύ 1 1 d v / 3 6 1 2d v Άρα η πιθανότητα να επιλεγεί τουλάχιστον ένας 1 6 από αυτούς είναι τουλάχιστον 1- Οι υπόλοιποι γείτονες αυξάνουν ακόμα περισσότερο τη ζητούμενη πιθανότητα.

Λήμμα 2 Αν μία κορυφή v μαρκαριστεί επιλέγεται με πιθανότητα τουλάχιστον ½. Απόδειξη: Για να ξεμαρκαριστεί πρέπει να μαρκαριστεί ένας γείτονας μεγαλύτερου βαθμού. Οι γείτονες μεγαλύτερου βαθμού μαρκάρονται με πιθανότητα το πολύ 1/2dv. Το πλήθος τους είναι το πολύ dv. Η πιθανότητα να μαρκαριστεί κάποιος από αυτούς είναι το πολύ dv 1/2dv=1/2

Λήμμα 3 Η πιθανότητα μία καλή κορυφή να αφαιρεθεί 1 6 είναι τουλάχιστον 1- /2 Απόδειξη: Για να αφαιρεθεί θα πρέπει είτε να επιλεγεί στο I είτε ένας γείτονάς της να επιλεγεί στο I. Για το δεύτερο αρκεί να μαρκαριστεί ένας γείτονάς της Λήμμα 1 και να μείνει μαρκαρισμένος Λήμμα 2.

Λήμμα 4 Τουλάχιστον οι μισές ακμές ενός γράφου είναι καλές. Απόδειξη: Μετατρέπουμε το γράφο σε κατευθυνόμενο οι ακμές δείχνουν προς το μεγαλύτερο βαθμό. Για τις κακές κορυφές έχουμε ότι λιγότεροι από 1/3 έχουν βαθμό το πολύ dv δηλαδή είναι in-nihors άρα d o v d i v d v / 3 = d o v + d 3 i v

Απόδειξη Λήμματος 4 συνέχεια Για κάθε ST υποσύνολα του ορίζουμε EST να είναι το υποσύνολο των ακμών που κατευθύνονται από το S στο T. Ορίζουμε επίσης ST = EST.

Απόδειξη Λήμματος 4 συνέχεια Ο συνολικός βαθμός των κακών κορυφών είναι: Άρα [ ] [ ] [ ] 3 3 3 3 3 2 v o i v i o i v o v d v d v d v d v d v d + = = + + = = + = + + +

Θεώρημα Αν X τ.μ. το πλήθος των ακμών που αφαιρούνται σε μία επανάληψη και m το πλήθος των ακμών που υπήρχαν στην αρχή της τότε E[X]>cm για κάποια σταθερά c.

Απόδειξη Θεωρήματος 1/2 Έστω m ο αριθμός των ακμών και m ο αριθμών των καλών ακμών Έστω X i τ.μ. που εκφράζει το αν η ακμή i αφαιρείται. 0 δεν αφαιρείται X i = 1 αφαιρείται

Απόδειξη Θεωρήματος 2/2 Από το Λήμμα 4 ισχύει ότι m m/2 Από το Λήμμα 3 μία καλή ακμή αφαιρείται 6 με πιθανότητα τουλάχιστον 1- /2. 6 Άρα Ε[X ] 1 1- /2. Άρα: 1 1 E[ X ] = E[ X i ] > ood E[ X ] 1 1/ 6 m 2 = c m