Umsortierung -> zuerst Definitionen, dann Probleme und Algorithmen
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@ -121,61 +121,6 @@ Für Eingabe $I \in \mathcal{D}$ berechnet $A$ in Zeit $t(\abs{I})$ eine Ausgabe
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Die hierbei verwendete Vorgehensweise einer Selbstreduktion sowie das \enquote{Aufblasen} des Problems (\enquote{Scaling}, \enquote{Gap Amplification}) lässt sich auch auf viele andere Probleme wie etwa \problem{SetCover} anwenden. Folglich kann eine konstante Gütegarantie nur für vergleichsweise wenig Probleme erreicht werden.
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\section{Graphfärbbarkeit}
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\subsection{Knotenfärbungsproblem}
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\subsubsection{Definition}
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\begin{align*}
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\mathcal{D} &= \{\langle G\rangle \mid G = (V, E)\,\text{ein ungerichteter Graph mit mindestens einer Kante}\}\\
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\mathcal{S}(\langle G \rangle) &= \{ c_\mathrm{V} \mid c_\mathrm{V}\, \text{ist eine Knotenfärbung von}\, G\}\\
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f(c_\mathrm{V}) &= \abs{c_\mathrm{V}(V)}\\
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\mathrm{ziel} &= \min
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\end{align*}
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Die Größe der kleinsten möglichen Knotenfärbung ist die chromatische Zahl $\chi(G)$.
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\subsubsection{Algorithmen}
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\paragraph{\algo{GreedyCol}}
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\begin{algorithmic}[]
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\ForAll{$u_i \in V$}
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\State $c_\mathrm{V}(u_i) = \infty$
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\EndFor
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\ForAll{$i \in [1,\dots, \abs{V}]$}
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\State $c_\mathrm{V}(u_i) = \min\{\mathbb{N}\setminus\{c_\mathrm{V}(\Gamma(u_i))\}\}$
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\EndFor\\
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\Return $c_\mathrm{V}$
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\end{algorithmic}
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\begin{satz}
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\algo{GreedyCol} berechnet in Zeit $\mathcal{O}(\abs{V} + \abs{E})$ eine Knotenfärbung aus höchstens $\Delta(G) + 1$ Farben.
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\end{satz}
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\begin{proof}
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Da ein Knoten $u$ maximal $\Delta(G)$ viele Nachbarn haben kann, muss in $[1,\dots,\Delta(G)+1]$ noch mindestens eine Farbe frei sein.
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\end{proof}
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\begin{satz}
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\algo{GreedyCol} garantiert eine absolute Güte von
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\begin{equation*}
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\kappa_\algo{GreedyCol}(G) = \algo{GreedyCol}(G) - \opt(G) \le \Delta(G) + 1 - 2 = \Delta(G) - 1
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\end{equation*}
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, weil die untere Schranke $\opt(G)\ge 2$ für Graphen mit $\abs{V} \ge 2$ gilt.
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\end{satz}
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\begin{zeuge}
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$\Delta(G) - 1$-Zeuge gegen \algo{GreedyCol}: TODO (Abbildung 2.1)
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\end{zeuge}
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\subsection{Kantenfärbungsproblem}
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\subsubsection{Definition}
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\begin{align*}
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\mathcal{D} &= \{\langle G\rangle \mid G = (V, E)\,\text{ein ungerichteter Graph mit mindestens einer Kante}\}\\
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\mathcal{S}(\langle G \rangle) &= \{ c_\mathrm{E} \mid c_\mathrm{E}\, \text{ist eine Kantenfärbung von}\, G\}\\
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f(c_\mathrm{E}) &= \abs{c_\mathrm{E}(E)}\\
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\mathrm{ziel} &= \min
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\end{align*}
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Die Größe der kleinsten möglichen Kantenfärbung ist der chromatische Index $\chi'(G)$.
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\subsubsection{Algorithmen}
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TODO: Übung
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\section{Relative Gütegarantie}
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\subsection{Definition}
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\begin{enumerate}
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@ -237,6 +182,62 @@ Weiter lassen sich damit obere bzw. untere Schranken der Optimallösung aus eine
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\end{equation*}
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\end{enumerate}
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\section{Das Problem der Unabhängigen Knotenmengen \problem{IS}}
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\section{Graphfärbbarkeitsprobleme}
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\subsection{Knotenfärbungsproblem}
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\subsubsection{Definition}
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\begin{align*}
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\mathcal{D} &= \{\langle G\rangle \mid G = (V, E)\,\text{ein ungerichteter Graph mit mindestens einer Kante}\}\\
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\mathcal{S}(\langle G \rangle) &= \{ c_\mathrm{V} \mid c_\mathrm{V}\, \text{ist eine Knotenfärbung von}\, G\}\\
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f(c_\mathrm{V}) &= \abs{c_\mathrm{V}(V)}\\
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\mathrm{ziel} &= \min
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\end{align*}
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Die Größe der kleinsten möglichen Knotenfärbung ist die chromatische Zahl $\chi(G)$.
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\subsubsection{Algorithmen}
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\paragraph{\algo{GreedyCol}}
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\begin{algorithmic}[]
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\ForAll{$u_i \in V$}
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\State $c_\mathrm{V}(u_i) = \infty$
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\EndFor
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\ForAll{$i \in [1,\dots, \abs{V}]$}
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||||
\State $c_\mathrm{V}(u_i) = \min\{\mathbb{N}\setminus\{c_\mathrm{V}(\Gamma(u_i))\}\}$
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\EndFor\\
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\Return $c_\mathrm{V}$
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\end{algorithmic}
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\begin{satz}
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\algo{GreedyCol} berechnet in Zeit $\mathcal{O}(\abs{V} + \abs{E})$ eine Knotenfärbung aus höchstens $\Delta(G) + 1$ Farben.
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\end{satz}
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\begin{proof}
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Da ein Knoten $u$ maximal $\Delta(G)$ viele Nachbarn haben kann, muss in $[1,\dots,\Delta(G)+1]$ noch mindestens eine Farbe frei sein.
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\end{proof}
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\begin{satz}
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\algo{GreedyCol} garantiert eine absolute Güte von
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\begin{equation*}
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||||
\kappa_\algo{GreedyCol}(G) = \algo{GreedyCol}(G) - \opt(G) \le \Delta(G) + 1 - 2 = \Delta(G) - 1
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\end{equation*}
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, weil die untere Schranke $\opt(G)\ge 2$ für Graphen mit $\abs{V} \ge 2$ gilt.
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\end{satz}
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\begin{zeuge}
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$\Delta(G) - 1$-Zeuge gegen \algo{GreedyCol}: TODO (Abbildung 2.1)
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\end{zeuge}
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\subsection{Kantenfärbungsproblem}
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\subsubsection{Definition}
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\begin{align*}
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\mathcal{D} &= \{\langle G\rangle \mid G = (V, E)\,\text{ein ungerichteter Graph mit mindestens einer Kante}\}\\
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||||
\mathcal{S}(\langle G \rangle) &= \{ c_\mathrm{E} \mid c_\mathrm{E}\, \text{ist eine Kantenfärbung von}\, G\}\\
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||||
f(c_\mathrm{E}) &= \abs{c_\mathrm{E}(E)}\\
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\mathrm{ziel} &= \min
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\end{align*}
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Die Größe der kleinsten möglichen Kantenfärbung ist der chromatische Index $\chi'(G)$.
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\subsubsection{Algorithmen}
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TODO: Übung
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\section{Das metrische Traveling Salesperson Problem $\Delta\problem{TSP}$}
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\subsection{Definition}
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\begin{align*}
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