NP-полнота задачи о независимом множестве — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
м (Задача о независимом множестве является NP-трудной)
м (Задача о независимом множестве является NP-трудной)
Строка 12: Строка 12:
 
<math>(\overline{x}\lor y\lor z)\land (x \lor y \lor \overline{z}) \to</math>[[Файл:IND_GRAPH.png]]
 
<math>(\overline{x}\lor y\lor z)\land (x \lor y \lor \overline{z}) \to</math>[[Файл:IND_GRAPH.png]]
  
Докажем, что формула выполнима тогда и только тогда, когда в соответствующем графе есть независимое множество из <math>k</math> вершин. Пусть формула выполнима, тогда в каждой скобке есть хотя бы одна переменная, принимающая значение “правда” (учитываем отрицание, если оно есть). Выберем соответствующую переменную в качестве вершины в графе. Выбранное множество вершин является независимым, так как ребрами соединены только те вершины, которые соответствуют переменным из одной скобки(а мы выбирали только одну переменную из каждой скобки) и пары переменных, соответствующие вершинам вида <math>x,\overline{x}</math>, которые не могут одновременно принимать значение “правда”. Пусть в графе есть независимое множество, размера <math>k</math>. Тогда в каждой тройке вершин, соответствующих некоторой скобке, выбрана ровно одна вершина. Установим значение соответствующей переменной “правда”. Тогда в каждой скобке, будет хотя бы одна переменная, имеющая значение “правда”, значит вся формула будет принимать значение “правда”. Построение по формуле соответствующего графа можно сделать за полиномиальное время.
+
Докажем, что формула выполнима тогда и только тогда, когда в соответствующем графе есть независимое множество из <math>k</math> вершин. Пусть формула выполнима, тогда в каждой скобке есть хотя бы одна переменная, принимающая значение “правда” (учитываем отрицание, если оно есть). Выберем соответствующую переменную в качестве вершины в графе. Полученное множество вершин является независимым, так как ребрами соединены только те вершины, которые соответствуют переменным из одной скобки(а мы выбирали только одну переменную из каждой скобки), а так же вершины вида <math>x,\overline{x}</math>, соответствующие переменные которых не могут одновременно принимать значение “правда”. Пусть в графе есть независимое множество, размера <math>k</math>. Тогда в каждой тройке вершин, соответствующих некоторой скобке, выбрана ровно одна вершина. Установим значение соответствующей переменной “правда”. Тогда в каждой скобке, будет хотя бы одна переменная, имеющая значение “правда”, значит вся формула будет принимать значение “правда”. Построение по формуле соответствующего графа можно сделать за полиномиальное время.
  
 
===Задача о независимом множестве принадлежит классу NP===
 
===Задача о независимом множестве принадлежит классу NP===
 
В качестве сертификата возьмем набор из <math>k</math> вершин. За время <math>O(k^2)</math> можно проверить, является ли данное множество вершин независимым.
 
В качестве сертификата возьмем набор из <math>k</math> вершин. За время <math>O(k^2)</math> можно проверить, является ли данное множество вершин независимым.

Версия 20:14, 15 марта 2010

Формулировка

Пусть задан неориентированный граф [math]G[/math] и натуральное число [math]k[/math]. Задача о независимом множестве(IND) решает вопрос о том, содержит ли граф [math]G[/math] подграф [math]H[/math] размером [math]k[/math], никакая пара вершин в котором не соединена ребром.

Доказательство NP-полноты

Для доказательства NP-полноты задачи о независимом множестве покажем, что она является NP-трудной и принадлежит классу NP.

Задача о независимом множестве является NP-трудной

Для доказательства этого сведем по Карпу задачу [math]3-SAT[/math] к нашей:

[math]3-SAT \le_{k} IND[/math]

Пусть задана булева формула в [math]3-SAT[/math], в которой [math]k[/math] скобок. Построим для нее соответствующий граф. Для каждой скобки нарисуем три вершины, соединим их попарно ребрами и подпишем их именами соответствующих переменных. При этом если переменная входит в формулу с отрицанием, отобразим это в графе. Так же соединим ребрами пары вершин вида [math]x,\overline{x}[/math].

[math](\overline{x}\lor y\lor z)\land (x \lor y \lor \overline{z}) \to[/math]IND GRAPH.png

Докажем, что формула выполнима тогда и только тогда, когда в соответствующем графе есть независимое множество из [math]k[/math] вершин. Пусть формула выполнима, тогда в каждой скобке есть хотя бы одна переменная, принимающая значение “правда” (учитываем отрицание, если оно есть). Выберем соответствующую переменную в качестве вершины в графе. Полученное множество вершин является независимым, так как ребрами соединены только те вершины, которые соответствуют переменным из одной скобки(а мы выбирали только одну переменную из каждой скобки), а так же вершины вида [math]x,\overline{x}[/math], соответствующие переменные которых не могут одновременно принимать значение “правда”. Пусть в графе есть независимое множество, размера [math]k[/math]. Тогда в каждой тройке вершин, соответствующих некоторой скобке, выбрана ровно одна вершина. Установим значение соответствующей переменной “правда”. Тогда в каждой скобке, будет хотя бы одна переменная, имеющая значение “правда”, значит вся формула будет принимать значение “правда”. Построение по формуле соответствующего графа можно сделать за полиномиальное время.

Задача о независимом множестве принадлежит классу NP

В качестве сертификата возьмем набор из [math]k[/math] вершин. За время [math]O(k^2)[/math] можно проверить, является ли данное множество вершин независимым.