Exportação concluída — 

Covering graphs by nontrivial paths

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Diaz, Renzo Gonzalo Gómez
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-08112019-153707/
Resumo: In this thesis our aim is to study problems concerning path covers of graphs. Let G be a graph and let P be a set of pairwise vertex-disjoint paths in G. We say that P is a path cover if every vertex of G belongs to a path in P. In the minimum path cover problem, one wishes to find a path cover of minimum cardinality. In this problem, known to be NP-hard, the set P may contain trivial (single-vertex) paths. We study the problem of finding a path cover composed only of nontrivial paths. First, we consider the corresponding existence problem, and show how to reduce it to a matching problem. From this reduction, we derive a characterization that allows us to find, in polynomial time, a certificate for both the YES-answer and the NO-answer. When trivial paths are forbidden, for the feasible instances, one may consider either minimizing or maximizing the number of paths in the cover. We show that the minimization problem on feasible instances is computationally equivalent to the minimum path cover problem: their optimum values coincide and they have the same approximation threshold. Moreover, we propose integer linear formulations for these problems and present some experimental results. For the maximization problem, we show that it can be solved in polynomial time. Finally, we also consider a weighted version of the path cover problem, in which we seek for a path cover with minimum or maximum total weight (the number of paths does not matter), and we show that while the first is polynomial, the second is NP-hard. Furthermore, for the maximization case, we show a constant-factor approximation algorithm. We also show that, when the input graph has bounded treewidth, both problems can be solved in linear time. To conclude, we present an integer linear formulation for the case of minimum total weight, and study the polytope obtained when the integrality constraint is relaxed. We show that there are graphs for which this polytope has fractional vertices, and we exhibit some classes of inequalities that are valid for the integral polytope and separate these vertices.
id USP_eff19614d03997f574a90fce8aaab2cb
oai_identifier_str oai:teses.usp.br:tde-08112019-153707
network_acronym_str USP
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository_id_str
spelling Covering graphs by nontrivial pathsCobertura de grafos por caminhos não-triviaisApproximationAproximaçãoBounded treewidthCobertura com pesosCobertura máximaCobertura mínimaCobertura por caminhos não-triviaisCovering by nontrivial pathsFormulação linear inteiraInteger linear formulationLargura arbórea limitadaMax path coverMin path coverWeighted path cover[1,2]-factor[1,2]-fatorIn this thesis our aim is to study problems concerning path covers of graphs. Let G be a graph and let P be a set of pairwise vertex-disjoint paths in G. We say that P is a path cover if every vertex of G belongs to a path in P. In the minimum path cover problem, one wishes to find a path cover of minimum cardinality. In this problem, known to be NP-hard, the set P may contain trivial (single-vertex) paths. We study the problem of finding a path cover composed only of nontrivial paths. First, we consider the corresponding existence problem, and show how to reduce it to a matching problem. From this reduction, we derive a characterization that allows us to find, in polynomial time, a certificate for both the YES-answer and the NO-answer. When trivial paths are forbidden, for the feasible instances, one may consider either minimizing or maximizing the number of paths in the cover. We show that the minimization problem on feasible instances is computationally equivalent to the minimum path cover problem: their optimum values coincide and they have the same approximation threshold. Moreover, we propose integer linear formulations for these problems and present some experimental results. For the maximization problem, we show that it can be solved in polynomial time. Finally, we also consider a weighted version of the path cover problem, in which we seek for a path cover with minimum or maximum total weight (the number of paths does not matter), and we show that while the first is polynomial, the second is NP-hard. Furthermore, for the maximization case, we show a constant-factor approximation algorithm. We also show that, when the input graph has bounded treewidth, both problems can be solved in linear time. To conclude, we present an integer linear formulation for the case of minimum total weight, and study the polytope obtained when the integrality constraint is relaxed. We show that there are graphs for which this polytope has fractional vertices, and we exhibit some classes of inequalities that are valid for the integral polytope and separate these vertices.Nesta tese nosso foco é o estudo de problemas sobre cobertura por caminhos em grafos. Sejam G um grafo e P um conjunto de caminhos disjuntos nos vértices de G. Dizemos que P é uma cobertura por caminhos} se todo vértice de G pertence a algum caminho de P. No problema da cobertura mínima por caminhos, desejamos encontrar uma cobertura por caminhos cuja cardinalidade seja mínima. Neste problema, sabido ser NP-difícil, o conjunto P pode conter caminhos triviais. Estudamos a variante do problema onde desejamos encontrar uma cobertura por caminhos não-triviais. Inicialmente, consideramos o problema relacionado à existência de tal cobertura, e mostramos como reduzi-lo a um problema de emparelhamento. Por meio desta redução mostramos uma caracterização que nos permite encontrar, em tempo polinomial, um certificado tanto para o caso positivo quanto para o caso negativo. Uma vez que proibimos caminhos triviais, para as instâncias viáveis, podemos consider minimizar ou maximizar o número de caminhos da cobertura. Mostramos que o problema de minimização é computacionalmente equivalente ao problema da cobertura mínima por caminhos: seus valores ótimos coincidem e têm o mesmo limiar de aproximabilidade. Além disso, propomos formulações lineares inteiras para estes problemas e apresentamos alguns resultados experimentais. No caso do problema de maximização, mostramos que este pode ser resolvido em tempo polinomial. Finalmente, também consideramos a versão com pesos do problema da cobertura por caminhos, no qual buscamos uma cobertura de peso total máximo ou mínimo (sem considerar o número de caminhos), e mostramos que o primeiro pode ser resolvido em tempo polinomial, enquanto o segundo é NP-difícil. Além disso, para o caso de maximização, mostramos um algoritmo de aproximação de fator constante. Por outro lado, quando consideramos grafos com largura arbórea limitada, mostramos que ambos os problemas podem ser resolvidos em tempo linear. Concluímos mostrando uma formulação linear inteira para o caso de cobertura de peso mínimo, e estudamos o politopo que se obtém ao relaxar a restrição de integralidade. Mostramos que existem grafos para os quais este politopo tem vértices fracionários, e exibimos algumas classes de inequações válidas (para o poliedro inteiro) que separam tais vértices.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPWakabayashi, YoshikoDiaz, Renzo Gonzalo Gómez2019-09-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-08112019-153707/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2019-11-08T23:43:03Zoai:teses.usp.br:tde-08112019-153707Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212019-11-08T23:43:03Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
dc.title.none.fl_str_mv Covering graphs by nontrivial paths
Cobertura de grafos por caminhos não-triviais
title Covering graphs by nontrivial paths
spellingShingle Covering graphs by nontrivial paths
Diaz, Renzo Gonzalo Gómez
Approximation
Aproximação
Bounded treewidth
Cobertura com pesos
Cobertura máxima
Cobertura mínima
Cobertura por caminhos não-triviais
Covering by nontrivial paths
Formulação linear inteira
Integer linear formulation
Largura arbórea limitada
Max path cover
Min path cover
Weighted path cover
[1,2]-factor
[1,2]-fator
title_short Covering graphs by nontrivial paths
title_full Covering graphs by nontrivial paths
title_fullStr Covering graphs by nontrivial paths
title_full_unstemmed Covering graphs by nontrivial paths
title_sort Covering graphs by nontrivial paths
author Diaz, Renzo Gonzalo Gómez
author_facet Diaz, Renzo Gonzalo Gómez
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Wakabayashi, Yoshiko
dc.contributor.author.fl_str_mv Diaz, Renzo Gonzalo Gómez
dc.subject.por.fl_str_mv Approximation
Aproximação
Bounded treewidth
Cobertura com pesos
Cobertura máxima
Cobertura mínima
Cobertura por caminhos não-triviais
Covering by nontrivial paths
Formulação linear inteira
Integer linear formulation
Largura arbórea limitada
Max path cover
Min path cover
Weighted path cover
[1,2]-factor
[1,2]-fator
topic Approximation
Aproximação
Bounded treewidth
Cobertura com pesos
Cobertura máxima
Cobertura mínima
Cobertura por caminhos não-triviais
Covering by nontrivial paths
Formulação linear inteira
Integer linear formulation
Largura arbórea limitada
Max path cover
Min path cover
Weighted path cover
[1,2]-factor
[1,2]-fator
description In this thesis our aim is to study problems concerning path covers of graphs. Let G be a graph and let P be a set of pairwise vertex-disjoint paths in G. We say that P is a path cover if every vertex of G belongs to a path in P. In the minimum path cover problem, one wishes to find a path cover of minimum cardinality. In this problem, known to be NP-hard, the set P may contain trivial (single-vertex) paths. We study the problem of finding a path cover composed only of nontrivial paths. First, we consider the corresponding existence problem, and show how to reduce it to a matching problem. From this reduction, we derive a characterization that allows us to find, in polynomial time, a certificate for both the YES-answer and the NO-answer. When trivial paths are forbidden, for the feasible instances, one may consider either minimizing or maximizing the number of paths in the cover. We show that the minimization problem on feasible instances is computationally equivalent to the minimum path cover problem: their optimum values coincide and they have the same approximation threshold. Moreover, we propose integer linear formulations for these problems and present some experimental results. For the maximization problem, we show that it can be solved in polynomial time. Finally, we also consider a weighted version of the path cover problem, in which we seek for a path cover with minimum or maximum total weight (the number of paths does not matter), and we show that while the first is polynomial, the second is NP-hard. Furthermore, for the maximization case, we show a constant-factor approximation algorithm. We also show that, when the input graph has bounded treewidth, both problems can be solved in linear time. To conclude, we present an integer linear formulation for the case of minimum total weight, and study the polytope obtained when the integrality constraint is relaxed. We show that there are graphs for which this polytope has fractional vertices, and we exhibit some classes of inequalities that are valid for the integral polytope and separate these vertices.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-09-02
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-08112019-153707/
url http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-08112019-153707/
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv
dc.rights.driver.fl_str_mv Liberar o conteúdo para acesso público.
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Liberar o conteúdo para acesso público.
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.coverage.none.fl_str_mv
dc.publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
dc.source.none.fl_str_mv
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
instname:Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
instname_str Universidade de São Paulo (USP)
instacron_str USP
institution USP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)
repository.mail.fl_str_mv virginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.br
_version_ 1815257987827105792