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计算机科学 > 数据结构与算法

arXiv:2507.08541 (cs)
[提交于 2025年7月11日 ]

标题: H-平面性和参数扩展:当调节器全局作用时

标题: H-Planarity and Parametric Extensions: when Modulators Act Globally

Authors:Fedor V. Fomin, Petr A. Golovach, Laure Morelle, Dimitrios M. Thilikos
摘要: 我们引入了一种基于修改问题的调制器/目标方案的图分解系列,这些分解能够实现若干算法应用,这些应用在参数上扩展了平面性的算法潜力。 我们方法的核心是一个计算平面H-调制器的多项式时间算法。 给定一个图类H,图G的平面H-调制器是一个集合X \subseteq V(G),使得X的“躯干”是平面的,并且G - X的所有连通分量都属于H。在这里,X的躯干是从G[X]得到的,如果对于G - X的每个连通分量,我们将其在G[X]上的邻域形成一个团。 我们引入H-平面性作为判断图G是否具有平面H-调制器的问题。 我们证明,如果H是遗传的、CMSO可定义的,并且可以在多项式时间内判定,则H-平面性可以在多项式时间内求解。 此外,我们通过定义H-平面树深度和H-平面树宽的概念,引入了H-平面性的两种参数扩展,这些概念将消除距离和树分解的概念推广到类H。结合这一结果与各种H-调制器问题的现有FPT算法,我们从而得到了针对许多图类H的由H-平面树深度和H-平面树宽参数化的FPT算法。通过结合平面图和有界树宽图的已知算法特性,我们计算H-平面树深度和H-平面树宽的方法导致了多种算法应用。 例如,一旦我们知道给定图具有有界的H-平面树深度或有界的H-平面树宽,我们就可以推导出图着色的加法近似算法和计数(加权)完美匹配的多项式时间算法。 此外,我们为几个问题设计了高效的多项式时间近似方案(EPTAS-es),包括最大独立集。
摘要: We introduce a series of graph decompositions based on the modulator/target scheme of modification problems that enable several algorithmic applications that parametrically extend the algorithmic potential of planarity. In the core of our approach is a polynomial time algorithm for computing planar H-modulators. Given a graph class H, a planar H-modulator of a graph G is a set X \subseteq V(G) such that the ``torso'' of X is planar and all connected components of G - X belong to H. Here, the torso of X is obtained from G[X] if, for every connected component of G-X, we form a clique out of its neighborhood on G[X]. We introduce H-Planarity as the problem of deciding whether a graph G has a planar H-modulator. We prove that, if H is hereditary, CMSO-definable, and decidable in polynomial time, then H-Planarity is solvable in polynomial time. Further, we introduce two parametric extensions of H-Planarity by defining the notions of H-planar treedepth and H-planar treewidth, which generalize the concepts of elimination distance and tree decompositions to the class H. Combining this result with existing FPT algorithms for various H-modulator problems, we thereby obtain FPT algorithms parameterized by H-planar treedepth and H-planar treewidth for numerous graph classes H. By combining the well-known algorithmic properties of planar graphs and graphs of bounded treewidth, our methods for computing H-planar treedepth and H-planar treewidth lead to a variety of algorithmic applications. For instance, once we know that a given graph has bounded H-planar treedepth or bounded H-planar treewidth, we can derive additive approximation algorithms for graph coloring and polynomial-time algorithms for counting (weighted) perfect matchings. Furthermore, we design Efficient Polynomial-Time Approximation Schemes (EPTAS-es) for several problems, including Maximum Independent Set.
主题: 数据结构与算法 (cs.DS) ; 离散数学 (cs.DM)
引用方式: arXiv:2507.08541 [cs.DS]
  (或者 arXiv:2507.08541v1 [cs.DS] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.08541
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Petr Golovach [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 11 日 12:42:31 UTC (629 KB)
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