图的支配集是NP完全问题的证明


图的支配集是NP完全问题,指的是顶点的子集,使得子集中的每个顶点或其相邻顶点都在子集中。NP的完整形式是“非确定性多项式”,它将在多项式时间内检查问题,这意味着我们可以在多项式时间内检查解是否正确。多项式时间对代码具有最佳复杂度,例如线性搜索的时间复杂度为– n, 二分查找为– logn,归并排序为– n(log)n等。NP完全图在合理的时间内提供了一个很好的解决方案。此应用用于网络控制、计算机实验室拓扑创建、社交网络和分布式计算领域。

让我们了解并检查节点是否在NP完全问题中具有图的支配集。

一个顶点被认为支配自身及其每个邻居。

我们看到有两幅图显示图中灰色节点的支配性质。

G = V, E

参数

G被认为是一个图,V被认为是一个顶点,E被认为是一条边。

给定一个图G(V, E)和一个整数k,确定一个图是否具有大小为k的支配集。为问题指定的一个输入被认为是问题的实例。图G (V, E)和整数k是支配集问题的例子,它询问图G中是否可以有一个支配集。由于NP完全问题根据定义既属于NP又属于NP-hard,因此证明一个问题是NP完全的问题有两个组成部分:

支配集在NP完全问题中

如果存在一个NP问题Y可在多项式时间内归约到X,则X是NP完全的。NP完全问题与NP问题一样困难。如果一个问题同时属于NP和NP-Hard问题,则它是NP完全的。在一个非确定性图灵机中,可以在多项式时间内解决NP完全问题。当一个问题是np完全问题时,它同时具有np和np hard的特性。

这意味着具有np解的问题可以在多项式时间内验证。

NP完全问题具有支配集的真实例子,例如:

  • 决策问题。

  • 一致的图。

非确定性搜索算法

NP_search( key ) {
   arraylist[100];
   i = array_check(key);
   if(list[i]==key) {
      searching found at index i.
   } else {
      searching found at index i.
   }
}

因此,该算法的总时间复杂度为O(1),但我们不知道哪种搜索技术更适合解决这个问题,这被称为非确定性算法。

支配集在NP-hard问题中

如果存在一个NP完全问题Y可在多项式时间内归约到X,则问题X是NP-Hard的。NP-Hard问题与NP完全问题一样困难。NP-Hard问题不必属于NP类。

如果每个NP问题都可以在多项式时间内解决,则它被称为NP-Hard。很多时候,一个特定的问题被用来解决和简化其他问题。

NP-hard问题具有支配集的真实例子,例如:

  • 哈密顿回路

  • 优化问题

  • 最短路径

结论

我们学习了图的支配集是NP完全的概念。我们看到了离散数学是如何作为一个重要方面来连接这些问题的,例如哈密顿回路、最短路径等。在编程方面,NP完全问题是一类难以找到但易于在多项式时间内验证解的问题。

更新于:2023年5月10日

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