NP-сложные проблемы на графах расширителей?

15

В презентации 2006 года под названием EXPANDER GRAPHS - ОСТАЮТСЯ ЛИ какие-то ТАЙНЫ? Нати Линиал поставил следующую открытую проблему:

Какие трудные вычислительные задачи на графе остаются сложными, когда они ограничены графами расширителей?Nп

С тех пор был ли достигнут какой-либо прогресс в доказательстве такого результата для трудной задачи?Nп

Мухаммед Аль-Туркистани
источник
1
Может, кто-нибудь уточнит, почему этот вопрос интересен? У нас есть примеры, когда NP-сложные задачи становятся легкими, когда они ограничены графами расширителей?
Юкка Суомела
@Jukka: Расширители могут быть нерегулярными для малых d (например, d = 3 ), однако некоторые NP-сложные задачи легко подходят для класса d- графов максимальной степени для малых d (например, ЦВЕТА ГРАФИКА для d < 4 ). ddd=3ddd<4
Андрас Саламон
2
@ Андрас: Конечно, но это на самом деле не связано со свойствами расширения. Позвольте мне перефразировать: есть ли у нас примеры проблем, которые сложны для регулярных графов, но просты для d- регулярных графов расширителей? dd
Юкка Суомела
2
@Jukka: Было показано, что уникальные игры имеют алгоритмы аппроксимации полиномиального времени, когда граф ограничений является экспандером [Arora-Khot-Kolla-Steurer-Tulsiani-Vishnoi STOC '08]. Не известно, что это имеет место для общих графов, и если бы UGC были верны, на самом деле не было бы алгоритмов полиномиального времени. Я воспринял это как мотивацию для вопроса о Турции.
Арнаб
1
@ Юкка, моя мотивация - понять связь между случайными свойствами расширителей и вычислительной сложностью задач. Например, я не ожидаю, что независимый набор будет легок для расширителей.
Мухаммед Аль-Туркистани

Ответы:

13

Если «неуравновешенные расширители» считаются расширителями для целей этого вопроса (неуравновешенный расширитель: двудольный граф , такой что для каждого подмножества A A , B B , доля ребра между A и B составляют около | A | | B | / | A | | B |G=(A,B,E)AABBAB|A||B|/|A||B|), то да, многие проблемы на расширителях (например, проблемы удовлетворения ограничений) трудно поддаются аппроксимации.

В частности, доказательство теоремы PCP с двумя запросами с малой ошибкой [совместно с Ран Рацем в 2008 году] строит графы расширителей.

Дана Мошковиц
источник
В своей последней строке вы хотите сказать, что ваша статья создает несбалансированные расширители, потому что тогда у вас может быть ответ на этот вопрос: cstheory.stackexchange.com/questions/592/…
Suresh Venkat
Суреш: да, в статье создаются несбалансированные расширители / пробоотборники / экстракторы, но не лучше, чем известные конструкции таких.
Дана Мошковиц
12

Я предполагаю, что может быть легко показать, что многие точные задачи (и, возможно, проблемы сильных приближений) NP-трудны для расширителей. Идея состоит в том, что если вы возьмете произвольный граф степеней на n вершин и добавите еще один расширитель H на n непересекающихся вершин, и поместите соответствие между G и H , то вы получите расширитель. Причина в том, что любой набор, содержащий менее половины вершин, будет иметь либо постоянную долю совпадающих ребер вне его, либо его пересечение с H будет иметь, как правило, не более 0,51 доли вершин H.GnHnGHH0.51H

Поскольку вы можете выбрать произвольно (скажем, взять случайный граф), вы можете знать оптимальное решение для вашей задачи NP в H , и, следовательно, может быть надежда (в зависимости от проблемы), что при решении для комбинированного графа вы можете получить по меньшей мере , приближенное решение для G . Но я не проверял это ни для какой конкретной проблемы.HHG

Конечно, как упомянуто выше, существуют естественные проблемы (особенно уникальные игры), когда нельзя делать такие трюки, и, в частности, алгоритмы известны для расширителей и не известны в общем случае. Нужно также иметь возможность придумать какой-нибудь надуманный пример задачи, которая является NP сложной в общем случае, но простой для расширителей (например, взять некоторую произвольную сложную задачу NP на графах и изменить ее так, чтобы все случаи со спектральным зазором более являются ДА ...).1/logn

Боаз Барак
источник