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Type: Tese
Title: Disjoint paths and the Grid Theorem in Digraphs
Title in English: Disjoint paths and the Grid Theorem in Digraphs
Authors: Lopes, Raul Wayne Teixeira
Advisor: Campos, Victor Almeida
Keywords: Parameterized complexity;Digraphs;Grid Theorem;Directed tree-width;Directed disjoint paths;Dual parameterization;Kernelization
Issue Date: 2021
Citation: LOPES, Raul Wayne Teixeira. Disjoint paths and the Grid Theorem in Digraphs. 2021. 99 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: Em complexidade parameterizada, frequentemente nos deparamos com problemas FPT em grafos não direcionados que se tornam W[1]-difíceis quando adaptados para o caso direcionado. O problema de CAMINHOS DIRECIONADOS E DISJUNTOS, um problema notoriamente difícil em digrafos, é um clássico exemplo disto: Robertson e Seymour [1] mostraram que a versão não direcionada deste problema é FPT quando parameterizada pelo número k de demandas mas, por outro lado, Fortune et al. [2] mostraram que a versão direcionada é NP-completa para k = 2 fixo e Slivkins [3] mostrou que é W[1]-difícil com relação ao parâmetro k mesmo quando restrito a digrafos acíclicos. Nesta tese, nós mostramos dois novos resultados relacionados a complexidade parameterizada em digrafos. Primeiro, mostramos como adaptar o Teorema do Grid Cilíndrico de Kawarabayashi e Kreutzer [4], um resultado análogo ao celebrado Teorema do Grid de Robertson e Seymour [5], em um algoritmo FPT. Depois, nós introduzimos uma nova relaxação de CAMINHOS DIRECIONADOS E DISJUNTOS onde pedimos apenas que os caminhos comportem-se adequadamente não no digrafo inteiro, mas em uma parte não especificada de tamanho dado por um parâmetro. Isto é, no problema de CAMINHOS DIRECIONADOS SUFICIENTEMENTE DISJUNTOS, recebemos um digrafo D junto com um conjunto de k pares de vértices (as demandas) e dois inteiros não-negativos k e s, e o objetivo é encontrar uma coleção de caminhos ligando as demandas tal que pelo menos d vértices de D ocorram em no máximo s caminhos da coleção. Entre outros resultados algorítmicos e de dificuldade, mostramos que este problema tem um kernel em digrafos. Este resultado tem consequências para o problema de REDE DE STEINER: nós mostramos que este é FPT parameterizado pelo número k de terminais e p, onde p = n−q e q é o tamanho da solução.
Abstract: In parameterized complexity, it is often the case that FPT problems in undirected graphs become W[1]-hard when translated to the directed setting. The DIRECTED DISJOINT PATHS problem, a notoriously hard problem in digraphs, is a classical example of this: Robertson and Seymour [1] showed that undirected version is FPT when parameterized by the number k of requests but, on the other hand, Fortune et al. [2], showed that the directed version is NP-complete for fixed k = 2 and Slivkins [3] showed that it is W[1]-hard with parameter k even when restricted to acyclic digraphs. In this thesis, we provide two new results regarding parameterized complexityin digraphs. First, we show how to adapt the Directed Grid Theorem by Kawarabayashi and Kreutzer [4], a result analogous to the celebrated Grid Theorem by Robertson and Seymour [5], into an FPT algorithm. Then, we introduce a novel relaxation for DIRECTED DISJOINT PATHS in which we only require the paths to behave properly not in the whole digraph, but in an unspecified part of size prescribed by a parameter. Namely, in the DISJOINT ENOUGH DIRECTED PATHS problem, given a digraph D together with a set of k pairs of vertices (the requests) and two non-negative integers k and s, the task is to find a collection of paths connecting the requests such that at least d vertices of D occur in at most s paths of the collection. Amongst other algorithmic and hardness we show that this problem has a kernel in general digraphs. This result has consequences for the STEINER NETWORK problem: we show that it is FPT parameterized by the number k of terminals and p, where p = n − q and q is the size of the solution.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60503
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