Trudne problemy NP na grafach ekspanderów?

15

W prezentacji z 2006 r. Zatytułowanej WYKRESY EKSPANDERA - CZY POZOSTAJĄ ŻADNE TAJEMNICE? Nati Linial postawił następujący otwarty problem:

Które -hard obliczeniowa problemu na wykresie pozostają trudne, gdy ogranicza się do wykresów ekspandera?NP

Od tego czasu postęp poczyniono udowodnić taki wynik dla -hard problemu?NP

Mohammad Al-Turkistany
źródło
1
Czy ktoś mógłby wyjaśnić, dlaczego to pytanie jest interesujące? Czy mamy jakieś przykłady problemów trudnych dla NP, które stają się łatwe, gdy ograniczamy się do grafów ekspanderów?
Jukka Suomela,
@ Jukka: Ekspandery mogą być nieregularne dla małych d (np. D = 3 ), ale niektóre problemy trudne dla NP są łatwe w klasie wykresów maksymalnego stopnia d dla małych d (np. KOLOROWANIE WYKRESÓW dla d < 4 ). ddd=3ddd<4
András Salamon,
2
@ András: Jasne, ale to nie jest tak naprawdę związane z właściwościami rozszerzenia. Pozwólcie, że powtórzę: czy mamy przykłady problemów, które są trudne na wykresach nieregularnych, ale łatwe na wykresach d- regularnych ekspanderów? dd
Jukka Suomela,
2
@Jukka: Wykazano, że unikalne gry mają algorytmy wielomianowego aproksymacji czasu, gdy grafem ograniczenia jest ekspander [Arora-Khot-Kolla-Steurer-Tulsiani-Vishnoi STOC '08]. Nie wiadomo, że tak jest w przypadku grafów ogólnych, a jeśli UGC byłyby prawdziwe, w rzeczywistości nie ma algorytmów wielomianu czasu. Uznałem to za motywację pytania turkistany.
arnab
1
@Jukka, moją motywacją jest zrozumienie związku między losowymi właściwościami ekspanderów a twardością obliczeniową problemów. Na przykład nie oczekuję, że niezależny zestaw będzie łatwy dla ekspanderów.
Mohammad Al-Turkistany

Odpowiedzi:

13

Jeśli „niezbilansowane ekspandery” liczą się jako ekspandery do celów tego pytania (niezbilansowany ekspander: dwuczęściowy wykres , taki, że dla każdego podzbioru A A , B B , ułamek krawędzie między A i B wynoszą około | A | | B | / | A | | B |G=(A,B,E)AABBAB|ZA||b|/|ZA||b|), a więc tak, wiele problemów z ekspanderami (np. problemy z ograniczeniami) są trudne do oszacowania.

W szczególności dowód twierdzenia PCP o dwóch pytaniach i niskim błędzie [z Ran Raz w 2008 r.] Konstruuje wykresy ekspanderów.

Dana Moshkovitz
źródło
Czy w ostatnim wierszu masz na myśli to, że twój papier konstruuje niezrównoważone ekspandery, ponieważ wtedy możesz mieć odpowiedź na to pytanie: cstheory.stackexchange.com/questions/592/…
Suresh Venkat
Suresh: tak, papier konstruuje niezrównoważone ekspandery / samplery / ekstraktory, ale nie lepsze niż znane konstrukcje takich.
Dana Moshkovitz
12

Domyślam się, że łatwo jest wykazać, że wiele dokładnych problemów (a być może także silnych problemów z przybliżeniem) jest trudnych do przeprowadzenia na ekspanderze. Chodzi o to, że jeśli weźmiesz dowolny wykres G stopniaG o na wierzchołków i dodasz kolejny ekspander H na n rozłącznych wierzchołkach i umieścisz dopasowanie między G i H , wtedy otrzymasz ekspander. Powodem jest to, że dowolny zestaw mniejszy niż połowa wierzchołków będzie miał albo stały ułamek pasujących krawędzi na zewnątrz, albo jego przecięcie z H będzie miało co najwyżej 0,51 ułamka wierzchołków H.nHnGHH0.51H

Ponieważ możesz wybrać dowolnie (np. Weź losowy wykres), możesz znać optymalne rozwiązanie swojego problemu NP w H , a zatem może być nadzieja (w zależności od problemu), że biorąc pod uwagę rozwiązanie dla połączonego wykresu, możesz uzyskać co najmniej w przybliżeniu w roztworze G . Ale nie zweryfikowałem tego pod kątem żadnego konkretnego problemu.HHG

Oczywiście, jak wspomniano powyżej, istnieją naturalne problemy (przede wszystkim unikalne gry), w których nie można wykonywać takich sztuczek, a w szczególności algorytmy są znane dla ekspanderów i nie są znane w ogólnym przypadku. Należy również wymyślić jakiś wymyślony przykład problemu, który ogólnie jest trudny do NP, ale łatwy w ekspanderach (np. Weź jakiś trudny NP problem do grafów i zmodyfikuj go tak, aby wszystkie wystąpienia z odstępem widmowym większym niż są TAK ...).1/logn

Boaz Barak
źródło