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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81070| Tipo: | TCC |
| Título: | O jogo da coloração gulosa: explorando a pspace-completude com 3 cores |
| Autor(es): | Vidal, Pedro Lucas da Costa |
| Orientador: | Costa, Eurinardo Rodrigues |
| Palavras-chave em português: | jogos de coloração;PSPACE-completude;coloração gulosa;teoria dos jogos |
| Palavras-chave em inglês: | graph coloring games;PSPACE-completeness;greedy coloring;game theory |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
| Data do documento: | 2025 |
| Citação: | VIDAL, Pedro Lucas da Costa. O jogo da coloração gulosa: explorando a pspace-completude com 3 cores. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Ciência da Computação) - Campus de Russas, Universidade Federal do Ceará, Russas, 2025. |
| Resumo: | Na área de Computação, existem jogos e enigmas matemáticos bastante interessantes para serem analisados. Como exemplo, temos os Jogos de Coloração em Grafos, nos quais alguns desses jogos consistem em colorir os vértices de um grafo seguindo um conjunto de regras predefinidas. Tais jogos levantam algumas questões que podem ser exploradas a respeito de sua complexidade computacional. Neste trabalho, focamos no Jogo da Coloração Gulosa, que se resume a um jogo de turnos, onde dois jogadores, que são Alice e Bob, fazem jogadas colorindo os vértices de um determinado grafo de modo que vértices vizinhos tenham cores distintas. Consideramos que as cores são números inteiros não negativos e que, quando o jogador escolher um vértice para colorir, a menor cor disponível deve ser utilizada. O conjunto de cores Cr do jogo é finito e Alice vence o jogo se for possível colorir todos os vértices do grafo com apenas as cores de Cr. O jogador Bob vence o jogo caso consiga forçar o uso de mais cores do que há disponível em Cr. O Jogo da Coloração Gulosa foi criado em 2013 por Havet e Zhu, que mostraram resultados acerca de alguns parâmetros referentes ao jogo. Em 2020, Costa et al. mostraram a PSPACEcompletude do jogo na versão em que Alice inicia, porém, com um número grande de cores em Cr, mesmo para instâncias pequenas do problema. Neste trabalho, exploramos reduções polinomiais de problemas já conhecidos (POS-CNF e POS-CNF-6) para grafos, buscando estratégias que comprovem a complexidade com 3 cores para a versão que Bob inicia o Jogo da Coloração Gulosa. Identificamos na redução do problema POS-CNF, através do Lema 5.4.1, que prova que ciclos com tamanho n ≥ 5 exigem 3 cores no jogo guloso, uma adversidade, na qual, para cláusulas longas, Bob sempre venceria seguindo uma certa estratégia. Para a redução do POS-CNF-6 e para grafos água-viva (grafos que possuem um C6 induzido e subgrafos P3 ligados ao C6), identificamos possíveis configurações de jogo problemáticas quando Alice valora literais vizinhos numa cláusula. Implementamos uma versão jogável do Jogo da Coloração Gulosa (jogador vs Inteligência Artificial) utilizando o algoritmo MiniMax, que simula todas as jogadas possíveis e é útil para estudar configurações mais complexas. Concluímos que a PSPACE-completude com 3 cores permanece em aberto, mas nosso trabalho avança ao identificar configurações críticas em reduções polinomiais (cláusulas longas, literais vizinhos), estabelecer limites teóricos com o Lema 5.4.1 e prover ferramentas práticas (implementação do MiniMax e jogo interativo) para testes futuros. |
| Abstract: | In the field of Computer Science, there are mathematical games and puzzles of great interest to be analyzed. As an example, we have Graph Coloring Games, where some of these games involve coloring the vertices of a graph following predefined rules. These games raise questions that can be explored regarding their computational complexity. In this work, we focus on the Greedy Coloring Game, a turn-based game where two players, Alice and Bob, take turns coloring the vertices of a graph such that adjacent vertices have distinct colors. The colors are non-negative integers, and when a player chooses a vertex to color, the smallest available color must be used. The set of colors Cr is finite, and Alice wins if all vertices are colored using only the colors in Cr. Bob wins if he forces the use of more colors than those available in Cr. The Greedy Coloring Game was introduced in 2013 by Havet and Zhu, who presented results on game-related parameters. In 2020, Costa et al. proved the PSPACE-completeness of the game in the version where Alice starts, but with a large number of colors in Cr, even for small problem instances. In this work, we explore polynomial reductions of known problems (POS-CNF and POS-CNF-6) to graphs, seeking strategies to prove the complexity of the 3-color version where Bob initiates the Greedy Coloring Game. Through Lemma 5.4.1, which proves that cycles of size n ≥ 5 require 3 colors in the greedy game, we identified a challenge in the POS-CNF reduction: for long clauses, Bob can always win by following a specific strategy. For the POS-CNF-6 reduction and água-viva graphs (graphs containing an induced C6 and P3 subgraphs attached to the C6), we identified problematic game configurations when Alice assigns values to adjacent literals in a clause. We implemented a playable version of the Greedy Coloring Game (player vs Artificial Intelligence) using the MiniMax algorithm, which simulates all possible moves and aids in studying complex configurations. We conclude that the PSPACE-completeness with 3 colors remains open. However, our work advances the field by identifying critical configurations in polynomial reductions (long clauses, adjacent literals), establishing theoretical bounds with Lemma 5.4.1, and providing practical tools (MiniMax implementation and interactive game) for future testing. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81070 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0009-0009-9094-135X |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | https://lattes.cnpq.br/2869751137050527 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO - RUSSAS - Monografias |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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