Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

Σχετικά έγγραφα
Fractional Colorings and Zykov Products of graphs

Nowhere-zero flows Let be a digraph, Abelian group. A Γ-circulation in is a mapping : such that, where, and : tail in X, head in

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

Ordinal Arithmetic: Addition, Multiplication, Exponentiation and Limit

Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα NP-Completeness (2)

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ Άνοιξη I. ΜΗΛΗΣ

Every set of first-order formulas is equivalent to an independent set

ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 19/5/2007

The challenges of non-stable predicates

2 Composition. Invertible Mappings

ORDINAL ARITHMETIC JULIAN J. SCHLÖDER

Cyclic or elementary abelian Covers of K 4

EE512: Error Control Coding

Section 8.2 Graphs of Polar Equations

Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα Depth-First Search

Chapter 6: Systems of Linear Differential. be continuous functions on the interval

A Hierarchy of Theta Bodies for Polynomial Systems

Το Πρόβληµα Routing and Path Coloring και οι εφαρµογές του σε πλήρως οπτικά δίκτυα

Το Πρόβλημα Routing and Path Coloring και οι εφαρμογές του σε πλήρως οπτικά δίκτυα

Reminders: linear functions

C.S. 430 Assignment 6, Sample Solutions

Example Sheet 3 Solutions

Το Πρόβλημα Routing and Path Coloring και οι εφαρμογές του σε πλήρως οπτικά δίκτυα

Finite Field Problems: Solutions

ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 6/5/2006

MINIMAL CLOSED SETS AND MAXIMAL CLOSED SETS

ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Αλγόριθμοι Δικτύων και Πολυπλοκότητα

Σχέσεις, Ιδιότητες, Κλειστότητες

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΧΡΩΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΕ ΤΕΛΕΙΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΑ Η ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ. Υποβάλλεται στην

On a four-dimensional hyperbolic manifold with finite volume

Section 9.2 Polar Equations and Graphs

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΧΡΩΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΑΣΕΩΝ ΤΕΛΕΙΩΝ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ

Physical DB Design. B-Trees Index files can become quite large for large main files Indices on index files are possible.

Lecture 2: Dirac notation and a review of linear algebra Read Sakurai chapter 1, Baym chatper 3

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ Άνοιξη I. ΜΗΛΗΣ

Chapter 3: Ordinal Numbers

Statistical Inference I Locally most powerful tests

1. Introduction and Preliminaries.

Areas and Lengths in Polar Coordinates

Section 8.3 Trigonometric Equations

Areas and Lengths in Polar Coordinates

Second Order Partial Differential Equations

Homework 8 Model Solution Section

Phys460.nb Solution for the t-dependent Schrodinger s equation How did we find the solution? (not required)

Abstract Storage Devices

Tridiagonal matrices. Gérard MEURANT. October, 2008

A Note on Intuitionistic Fuzzy. Equivalence Relation

5. Choice under Uncertainty

Matrices and Determinants

Partition of weighted sets (problems with numbers)

The Probabilistic Method - Probabilistic Techniques. Lecture 7: The Janson Inequality

Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα Directed Graphs

The Simply Typed Lambda Calculus

New bounds for spherical two-distance sets and equiangular lines

ΚΥΠΡΙΑΚΟΣ ΣΥΝΔΕΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY 21 ος ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Δεύτερος Γύρος - 30 Μαρτίου 2011

Chapter 6: Systems of Linear Differential. be continuous functions on the interval

F A S C I C U L I M A T H E M A T I C I

Other Test Constructions: Likelihood Ratio & Bayes Tests

Σχέσεις Ορισμός Εστω σύνολα A, B. (Διμελής) σχέση ονομάζεται ένα σύνολο R A B. Η έννοια της σχέσης γενικεύει την έννοια της συνάρτησης με πεδίο ορισμο

HY380 Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα Hard Problems

k A = [k, k]( )[a 1, a 2 ] = [ka 1,ka 2 ] 4For the division of two intervals of confidence in R +

Distances in Sierpiński Triangle Graphs

Numerical Analysis FMN011

TMA4115 Matematikk 3

Practice Exam 2. Conceptual Questions. 1. State a Basic identity and then verify it. (a) Identity: Solution: One identity is csc(θ) = 1

LTL to Buchi. Overview. Buchi Model Checking LTL Translating LTL into Buchi. Ralf Huuck. Buchi Automata. Example

Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα Graphs

ω ω ω ω ω ω+2 ω ω+2 + ω ω ω ω+2 + ω ω+1 ω ω+2 2 ω ω ω ω ω ω ω ω+1 ω ω2 ω ω2 + ω ω ω2 + ω ω ω ω2 + ω ω+1 ω ω2 + ω ω+1 + ω ω ω ω2 + ω

Quadratic Expressions

ST5224: Advanced Statistical Theory II

Partial Differential Equations in Biology The boundary element method. March 26, 2013

Trigonometric Formula Sheet

Commutative Monoids in Intuitionistic Fuzzy Sets

2. THEORY OF EQUATIONS. PREVIOUS EAMCET Bits.

Lecture 2. Soundness and completeness of propositional logic

Fourier Series. MATH 211, Calculus II. J. Robert Buchanan. Spring Department of Mathematics

3.4 SUM AND DIFFERENCE FORMULAS. NOTE: cos(α+β) cos α + cos β cos(α-β) cos α -cos β

ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 24/3/2007

Lecture 34 Bootstrap confidence intervals

Πρόβλημα 1: Αναζήτηση Ελάχιστης/Μέγιστης Τιμής

SCHOOL OF MATHEMATICAL SCIENCES G11LMA Linear Mathematics Examination Solutions

Some new generalized topologies via hereditary classes. Key Words:hereditary generalized topological space, A κ(h,µ)-sets, κµ -topology.

Concrete Mathematics Exercises from 30 September 2016

Approximation of distance between locations on earth given by latitude and longitude

Homework 3 Solutions

SOME PROPERTIES OF FUZZY REAL NUMBERS

12. Radon-Nikodym Theorem

Congruence Classes of Invertible Matrices of Order 3 over F 2

CHAPTER 25 SOLVING EQUATIONS BY ITERATIVE METHODS

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Ψηφιακή Οικονομία. Διάλεξη 7η: Consumer Behavior Mαρίνα Μπιτσάκη Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

Main source: "Discrete-time systems and computer control" by Α. ΣΚΟΔΡΑΣ ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 4 ΔΙΑΦΑΝΕΙΑ 1

Lecture 15 - Root System Axiomatics

Sequent Calculi for the Modal µ-calculus over S5. Luca Alberucci, University of Berne. Logic Colloquium Berne, July 4th 2008

Generating Set of the Complete Semigroups of Binary Relations

On density of old sets in Prikry type extensions.

3.2 Simple Roots and Weyl Group

Capacitors - Capacitance, Charge and Potential Difference

Solution Series 9. i=1 x i and i=1 x i.

Transcript:

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές Ενότητα 8 ΤΕΛΕΙΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΑ Σταύρος Δ. Νικολόπουλος 2017-18 www.cs.uoi.gr/~stavros

Εισαγωγή Βασικοί Αλγόριθμοι Γραφημάτων Πολυπλοκότητα χώρου και χρόνου: Ο και Ω Τέλεια Γραφήματα Κλάσεις Ιδιότητες Προβλήματα Αλγοριθμικές Τεχνικές Αλγόριθμοι Προβλημάτων Αναγνώρισης και Βελτιστοποίησης 2

Αλγόριθμοι Θεωρίας Γραφημάτων Πολυωνυμικοί Αλγόριθμοι (Γραμμικοί) Προβλήματα: NP-Πλήρη Επιλογές Προσέγγιση Λύσης Περιορισμοί Ιδιοτήτων Τέλεια Γραφήματα, 3

Κλάσεις Τέλειων Γραφημάτων 4

Κλάσεις Τέλειων Γραφημάτων 5

Γραφήματα Τομής Let F be a family of nonempty sets. The intersection graph of F is obtained be representing each set in F by a vertex: x y S X S Y 6

Γραφήματα Τομής (Διαστημάτων) The intersection graph of a family of intervals on a linearly ordered set (like the real line) is called an interval graph 4 I 1 I 2 I 3 1 6 I 4 I 5 I 6 2 7 I 7 5 3 7

Γραφήματα Τομής (Κυκλικών-τόξων) Circular-arc graphs properly contain the internal graphs. 8 5 6 9 1 4 7 10 2 3 8

Γραφήματα Τομής (Μεταθετικά) A permutation diagram consists of n points on each of two parallel lines and n straight line segments matching the points. 1 2 3 4 1 2 4 1 3 2 4 3 π = [4,1, 3, 2] G[π] 9

Γραφήματα Τομής (Χορδικών-κύκλων) Intersecting chords of a circle 4 3 3 2 2 1 2 1 1 4 4 3 Proposition. An induced subgraph of an interval graph is an interval graph. 10

Τριγωνική Ιδιότητα Triangulated Graph Property every simple cycle of length l > 3 possesses a chord Triangulated graphs (or chord graphs) 11

Μεταβατική Ιδιότητα Transitive Orientation Property Each edge can be assigned a one-way direction in such a way that the resulting oriented graph (V, F): ab F and bc F ac F ( a, b, c V) Graphs which satisfy the transitive orientation property are called comparability graph. 12

Μεταβατική Ιδιότητα Transitive Orientation Property ab F and bc F ac F ( a, b, c V) 13

Βασικοί Αριθμοί Γραφήματος Clique number ω(g) the number of vertices in a maximum clique of G Stability number α(g) the number of vertices in a stable set of max cardinality a Max κλίκα του G b e Max stable set of G a b e c d c f c d f ω(g) = 4 α(g) = 3 14

Βασικοί Αριθμοί Γραφήματος A clique cover of size k is a partition V = C 1 + C 2 + + C k such that C i is a clique. A proper coloring of size c (proper c-coloring) is a partition V = X 1 + X 2 + + X c such that X i is a stable set. 15

Βασικοί Αριθμοί Γραφήματος Clique cover number κ(g) the size of the smallest possible clique cover of G Chromatic number χ(g) the smallest possible c for which there exists a proper c-coloring of G. Clique cover V = {2,5} + {3,4} + {1} c-coloring V = {1,3,5} + {2,4} κ(g)=3 χ(g)=2 16

Βασικοί Αριθμοί Γραφήματος For any graph G: ω(g) χ(g) α(g) κ(g) Obriasly : α(g) = ω(ğ) and κ(g) = χ(ğ) 17

Τέλεια Γραφήματα Let G = (V, E) be an undirected graph: (P 1 ) ω(g A ) = χ(g A ) A V (P 2 ) α(g A ) = κ(g A ) A V G is called Perfect 18

Τέλεια Γραφήματα χ-perfect property For each induced subgraph G A of G χ(g A ) = ω(g A ) α-perfect property For each induced subgraph G A of G α(g A ) = κ(g A ) 19

Κλάσεις Τέλειων Γραφημάτων 20

Κλάσεις Τέλειων Γραφημάτων 21

Τριγωνικά Γραφήματα G triangulated G has the triangulated graph property Every simple cycle of length l > 3 possesses a chord. Triangulated graphs, or Chordal graphs, or Perfect Elimination graphs 22

Τριγωνικά Γραφήματα Dirac showed that: every chordal graph has a simplicial node, a node all of whose neighbors form a clique. a b e a, c, f simplicial nodes b, d, e non siplicial c d f 23

Τριγωνικά Γραφήματα It follows easily from the triangulated property that deleting nodes of a chordal graph yields another chordal graph. a a a b e b b c d f c d f d f 24

Τριγωνικά Γραφήματα Recognition Algorithm This observation leads to the following easy and simple recognition algorithm: Find a simplicial node of G Delete it from G, resulting G Recourse on the resulting graph G, until no node remain 25

Τριγωνικά Γραφήματα node-ordering : perfect elimination ordering, or perfect elimination scheme a b e (a, c, b, e, d) (c, d, e, a, b) (c, a, b, d, e) c d Rose establishes a connection between chordal graphs and symmetric linear systems. 26

Τριγωνικά Γραφήματα Let σ = v 1,v 2,...,v n be an ordering of the vertices of a graph G = (V, E). σ = peo if each v i is a simplicial node to graph G v i,v i+1,,v n a a b e σ = (c, d, e, a, b) b e c d d 27

Τριγωνικά Γραφήματα Example: σ = 1, 7, 2, 6, 3, 5, 4 no simplicial vertex G 1 has 96 different peo. 28

Αλγόριθμος LexBFS c b d Algorithm LexBFS a e 29

Αλγόριθμος LexBFS Algorithm LexBFS 1. for all v V do label(v) : () ; 2. for i : V down to 1 do 2.1 choose v V with lexmax label (v); 2.1 σ (i) v; 2.3 for all u V N(v) do label (u) label (u) i 2.4 V V \ v ; end 30

Αλγόριθμος LexBFS c c c c c 1 b d b 4 d b 4 3 d b 4 3 d b 4 3 d a 5 5 5 5 2 5 2 e a e a e a e a e σ = a σ = b, a σ = d, b, a σ = e, d, b, a σ = c, e, d, b, a L(b) = (4) L(c) = () L(d) = (4) L(e) = (4) L(c) = (3) L(d) = (43) L(e) = (43) L(c) = (32) L(e) = (432) L(c) = (321) 31

Αλγόριθμος MCS c b d Algorithm MCS a e 32

Αλγόριθμος MCS Algorithm MCS 1. for i : V down to 1 do 1.1 choose v V with max number of numbered neighbours; 1.2 number v by i; 1.3 σ (i) v; 1.4 V V \ v ; end 33

c b a e d c b a e d c b a e d c b a e d c b a e d 2 5 5 5 5 5 4 4 4 4 3 3 3 1 2 σ = a σ = b, a σ = d, b, a σ = e, d, b, a σ = c, e, d, b, a 34 Αλγόριθμος MCS

Υπολογισμός PEO - Πολυπλοκότητα Algorithms LexBFS & MCS Complexity : O(1 + degree(v)) O(n + m) 35

Χαρακτηρισμοί - Ιδιότητες Definition: A subset S of vertices is called a Vertex Separator for nonadjacent vertices a, b or, equivalently, a-b separator, if in graph G V-S vertices a and b are in different connected components. If no proper subset of S in an a-b separator, S is called Minimal Vertex Separator. 36

Χαρακτηρισμοί - Ιδιότητες Example 1: p x y q z r The set {y, z} is a minimal vertex separator for p and q. 37

Χαρακτηρισμοί - Ιδιότητες Example 2: x p r y q z The set {x, y, z} is a minimal vertex separator for. p and r (p-r separator). 38

Χαρακτηρισμοί - Ιδιότητες Theorem (Dirac 1961, Fulkerson and Gross 1965) (1) G is triangulated. (2) G has a peo; moreover, any simplicial vertex can start a perfect order. (3) Every minimal vertex separator induces a complete subgraph of G. Proof: (1) (3) a a r G A S G B y b 1 b a 1 x b k 39

Χαρακτηρισμοί - Ιδιότητες Let S be an a-b separator. We will denote G A, G B the connected components of G V-S containing a, b. a r a 1 G A S G B y b 1 a b x b k Since S is minimal, every vertex x S is a neighbor of a vertex in G A and a vertex in G B. For any x, y S, minimal paths (x,a 1,, a i,,a r,y) a i G A and (x,b k,, b i,.,b 1,y) b i G B 40

Χαρακτηρισμοί - Ιδιότητες Since [x, a 1, a r, y, b 1,., b k, x] is a simple cycle of length l 4, it contains a chord. a r a 1 G A S G B y b 1 a b x b k For every i, j a i b j E, and also a i a j E, b i b j E (S is a-b separate) (by the minimality of the paths) Thus, x y E. 41

Χαρακτηρισμοί - Ιδιότητες (3) (1) Suppose every minimal separator S is a clique Let [v 1,v 2,.,v k,v 1 ] be a chordless cycle. v 1 and v 3 are nonadjacent. v 1 v 2 v 3 Any minimal v 1 -v 3 separator S 1,3 contains v 2 and at least one of v 4,v 5,,v k. But vertices v 2, v i (i = 4, 5,, k) are nonadjacent S 1,3 does not induce a clique. v k v 4 v 5 42

Χαρακτηρισμοί - Ιδιότητες The chordal graphs are exactly the intersection graphs of subtrees of trees. That is, for a tree T and subtrees T 1, T 2,, T n of T there is a graph G: - its nodes correspond to subtrees T 1, T 2,, T n, and - two nodes are adjacent if the corresponding subtrees share a node of T. 43

Χαρακτηρισμοί - Ιδιότητες Example: E H G B H G D F C D F E A A C B 44

Γραφήματα Διαστημάτων Theorem: Let G be a graph. The following statements are equivalent. (i) G is an interval graph. (ii) G contains no C 4 and Ğ is a comparability graph. (iii) The maximal cliques of G can be linearly ordered such that, for every vertex x of G the maximal cliques containing vertex x occur consecutively. 45

Τέλεια Γραφήματα - Προβλήματα Βασικοί Αλγόριθμοι Γραφημάτων Πολυπλοκότητα χώρου και χρόνου: Ο και Ω Τέλεια Γραφήματα Κλάσεις Ιδιότητες Προβλήματα Coloring Max Clique Max Stable Set Clique Cover Matching Hamiltonian Path Hamiltonian Cycle Τεχνικές Διάσπασης (modular decomposition, ) Αλγόριθμοι Προβλημάτων Αναγνώρισης και Βελτιστοποίησης Triangulated Comparability Interval Permutation Split Cographs Threshold graphs QT graphs 46

Τέλεια Γραφήματα - Μεταπτυχιακό