Cluster de consenso usando união de conjuntos

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publiquei essa pergunta há algum tempo no MathOverflow , mas, pelo que sei, ela ainda está aberta, por isso estou publicando-a aqui na esperança de que alguém possa ter ouvido falar dela.

Declaração do problema

Seja , e três partes em partes não vazias (indicadas por 's, ' e 's) do conjunto { }. Encontre duas permutações e que minimizemQ R p P h Q i R j 1 , 2 , , n π σ p i = 1 | P iQ π iR σ i | .PQRpPhQiRj1,2,,nπσ

i=1p|PiQπiRσi|.

Questões

1) Qual é a complexidade deste problema (ou do problema de decisão correspondente)?

2) Se o problema é realmente solucionável no tempo polinomial, ele permanece verdadeiro para qualquer número de partições?k4

Trabalho prévio

Berman, DasGupta, Kao e Wang ( http://dx.doi.org/10.1016/j.ipl.2007.06.008 ) estudam um problema semelhante para partições , mas usando 's emparelhados em vez de nas opções acima soma. Eles provam que o problema é MAX-SNP-difícil para , mesmo quando cada parte possui apenas dois elementos, reduzindo MAX-CUT em gráficos cúbicos para um caso especial do problema e fornecendo um - aproximação para qualquer . Até agora, não pude encontrar meu problema na literatura ou adaptar sua prova.Δ kΔ( 2 - 2 / k ) kk=3(22/k)k

Subcasas fáceis

Aqui estão algumas subcasas que considero solucionáveis ​​em tempo polinomial:

  • o caso ;k=2
  • o caso , para qualquer ;kp=2k

Além disso, quando , não há duas partes iguais e todas as partes têm tamanho , temos o limite inferior (não sei se está apertado).2 3 p + 1k=323p+1

Anthony Labarre
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Respostas:

4

O problema é NP-difícil. A prova é por redução do seguinte problema:

Dado um gráfico tripartido com vértices em cada parte, existem triângulos separados por vértices em ?N N GGNNG

Aqui está a redução: dada uma instância do problema acima, deixe , , denotar o conjunto de vértices em cada parte de e seja o conjunto de arestas entre e . Além disso, o número de vértices em cada parte por .A 1 A 2 A 3 G E i j A i A j 1 , , NGA1A2A3GEijAiAj1,,N

Construímos uma instância do seu problema com , onde é um número grande (digamos, ) . O primeiroelementos de correspondem às arestas de . A partição é definida da seguinte forma: para é o conjunto de arestas que têm o ésimo vértice de como um de seus pontos finais. Claramente esses conjuntos são disjuntos e sua união é . é tudo o resto, ou seja,n=|E(G)|+MMM=10|E(G)|p=N+1|E(G)|{1,,n}GPPii=1,,NiA1E1,2E1,3PN+1E2,3{|E(G)|+1,,|E(G)|+M} . Da mesma forma, definimos usando vez de e usando vez de .QA2A1RA3A1

3|E(G)|3N+MGNM2MPN+1QN+1 | E ( G ) | + M 2 | E ( G ) | - 3 N P i Q j P i R k Q j R k N GRN+1|E(G)|+M2|E(G)|3N. Agora, nota que a interseção de cada e cada é no máximo um (e similarmente para e , e também para e ). Portanto, a função objetivo é minimizada se todas essas interseções puderem ser 1 ao mesmo tempo. Isto corresponde a disjuntos triângulos em .PiQjPiRkQjRkNG

Mohammad
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