diff --git a/zusammenfassung.pdf b/zusammenfassung.pdf index 371a74d..dbc9f66 100644 Binary files a/zusammenfassung.pdf and b/zusammenfassung.pdf differ diff --git a/zusammenfassung.tex b/zusammenfassung.tex index 19391ed..0f12520 100644 --- a/zusammenfassung.tex +++ b/zusammenfassung.tex @@ -183,6 +183,45 @@ Weiter lassen sich damit obere bzw. untere Schranken der Optimallösung aus eine \end{equation*} \end{enumerate} +\subsection{Unmöglichkeitsergebnis für das allgemeine Traveling Salesperson Problem \problem{TSP}} +\begin{satz} + Wenn es einen polynomiellen Approximationsalgorithmus $A$ mit konstanter relativer Gütegarantie $r$ für das volle \problem{TSP} gibt, dann gilt $P = NP$. +\end{satz} +\begin{proof}[Beweis durch Reduktion] + Durch Benutzung von $A$ mit beliebiger konstanter relativer Gütegarantie $r \in \mathbb{N}$ kann \problem{Hamilton} auf das volle \problem{TSP} reduziert werden. Es wird also $\problem{Hamilton} \le \mathrm{p} \problem{TSP}[r]$ für alle $r$ gezeigt: + + Sei der Graph $G = (V, E)$ mit $n = \abs{V}$, gegeben. Dazu wird nun passend eine Probleminstanz $I_G = \langle K_n, c\rangle$ für \problem{TSP} erzeugt. $c$ wird wie folgt konstruiert: + \begin{equation*} + c(u,v) = \begin{cases*} + 1 & falls $\{u, v\} \in E$ (\enquote{kurze} Kante)\\ + \left(r - 1\right)\cdot n + 2 & sonst (\enquote{lange} Kante) + \end{cases*} + \end{equation*} + $I_G$ kann in Polynomzeit aus $G$ berechnet werden. Es gilt weiter: + \begin{itemize} + \item $G \in \problem{Hamilton} \Rightarrow$ kürzeste Rundreise in $I_G$ hat die Länge $n$ + \item $G \notin \problem{Hamilton} \Rightarrow$ kürzeste Rundreise in $I_G$ nimmt mindestens eine der langen Kanten und hat damit eine Länge von mindestens + \begin{equation*} + (r - 1) \cdot n + 2 + n - 1 = r \cdot n +1 > r \cdot n + \end{equation*} + \item $I_G$ besitzt keine zulässige Lösung $\sigma$ mit $n + 1\le c(\sigma) \le r \cdot n$. + \end{itemize} + + + Durch den folgenden Algorithmus kann also \problem{Hamilton} entschieden werden: + \begin{algorithmic}[] + \State konstruiere $I_G$ + \State approximiere mit $A$ eine kürzeste Rundreise $A(I_G)$ + \If{$A(I_G) > r \cdot \abs{V}$} + \State \Return $G \notin \problem{Hamilton}$ + \Else + \State \Return $G \in \problem{Hamilton}$ + \EndIf + \end{algorithmic} +\end{proof} + +Der Ansatz der Konstruktion von Probleminstanzen anderer $NP$-schwerer Probleme und der anschließenden Verwendung eines Scaling-Arguments kann auch für weitere Probleme verwendet werden. Ebenfalls können damit bestimmte Bereiche für mögliche konstante relative Gütegarantien ausgeschlossen werden, etwa $\rho < \frac{3}{2}$ bei \problem{BinPacking}. + \section{Das Problem der Unabhängigen Knotenmengen \problem{IS}} \subsection{Definition} \begin{align*} @@ -202,8 +241,8 @@ Weiter lassen sich damit obere bzw. untere Schranken der Optimallösung aus eine \State $V^{(t+1)} = V^{(t)} - \left(\{u_l\} \cup \Gamma_{G^{(t)}}(u_l)\right)$ \State $U = U \cup \{u_l\}$ \State $t = t + 1$ - \EndWhile\\ - \Return $U$ + \EndWhile + \State \Return $U$ \end{algorithmic} \begin{satz} @@ -260,8 +299,8 @@ Die Größe der kleinsten möglichen Knotenfärbung ist die chromatische Zahl $\ \EndFor \ForAll{$i \in [1,\dots, \abs{V}]$} \State $c_\mathrm{V}(u_i) = \min\{\mathbb{N}\setminus\{c_\mathrm{V}(\Gamma(u_i))\}\}$ - \EndFor\\ - \Return $c_\mathrm{V}$ + \EndFor + \State\Return $c_\mathrm{V}$ \end{algorithmic} \begin{satz} @@ -292,8 +331,8 @@ Die Größe der kleinsten möglichen Knotenfärbung ist die chromatische Zahl $\ \State färbe alle Knoten in $U_t$ mit Farbe $t$ \State $V^{(t+1)} = V^{(t)} - U_t$ \State $t = t + 1$ - \EndWhile\\ - \Return berechnete Färbung + \EndWhile + \State \Return berechnete Färbung \end{algorithmic} \begin{satz} @@ -354,8 +393,8 @@ Der Algorithmus von Christofides (\algo{CH}) geht wie folgt vor: \State $S = \{v \in T_\mathrm{CH} \mid \mathrm{deg}_{T_\mathrm{CH}}(v)\, \text{ungerade}\}$ \Comment{$\abs{S}$ ist gerade} \State berechne auf dem durch $S$ induzierten Teilgraphen des $K_n$ ein leichtestes Matching $M_\mathrm{CH}$ \State berechne eine Euler-Tour $E = (u_1, u_2, \dots)$ auf $T_\mathrm{CH} \cupdot M_\mathrm{CH}$ \Comment{$T_\mathrm{CH} \cupdot M_\mathrm{CH}$ kann Multi-Graph sein, alle Knoten haben geraden Grad} - \State entferne Wiederholungen von Knoten in $E$, sodass man $E'$ erhält\\ - \Return $E'$ + \State entferne Wiederholungen von Knoten in $E$, sodass man $E'$ erhält + \State\Return $E'$ \end{algorithmic} \begin{satz}