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Tipo: Dissertação
Título: Hard instances for the maximum clique problem with high probability
Autor(es): David, Rodrigo Nogueira Lima
Orientador: Campos, Victor Almeida
Palavras-chave em português: Clique máxima;Branch & bound;Grafos aleatórios;Coloração de vértices
Palavras-chave em inglês: Maximum clique;Branch & bound;Random graphs;Vertex coloring
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Data do documento: 2025
Citação: DAVID, Rodrigo Nogueira Lima. Hard instances for the maximum clique problem with high probability. 2025. 69 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: O problema da Clique Máxima é um problema clássico de otimização em grafos com o objetivo de encontrar uma clique máxima em um grafo de entrada. A despeito da existência de diversos resultados teóricos de dificuldade, estudos empíricos sugerem que o problema costuma ser mais fácil do que o esperado. Nesse trabalho, exploramos uma classe de algoritmos Branch & Bound para resolver Clique Máxima e como eles tornam o problema mais tratável na prática. Nós abordamos a relação entre cliques e colorações próprias de vértices e determinamos com alta probabilidade o crescimento assintótico do número de colorações em grafos aleatórios. Usando este resultado junto a uma redução polinomial de coloração para clique da literatura, construímos novas instâncias de Clique Máxima e analisamo-las. Ademais, examinamos uma família de instâncias da literatura que induz tempo exponencial em uma subclasse de algoritmos Branch & Bound amplamente utilizada, que utiliza um limite superior cromático para podar ramos. Nós propomos um método de pré-processamento que habilita esses algoritmos a resolverem tais instâncias em tempo linear no tamanho delas. Além disso, introduzimos uma construção aleatorizada que produz grafos resistentes ao pré-processamento e que ainda exibem tempo de execução exponencial para esses algoritmos, mesmo caso o limite superior utilize o número cromático fracionário, que é uma cota mais apertada. Por fim, executamos testes computacionais para validar nossas análises.
Abstract: The Maximum Clique problem is a classic graph-theoretical optimization problem with the objective of finding a maximum clique in a given input graph. Despite numerous theoretical hardness results, empirical studies suggest that the problem is often easier than expected. In this work, we explore a class of Branch & Bound algorithms for solving Maximum Clique and how they make the problem more tractable in practice. We approach the relationship between cliques and proper vertex colorings and derive the asymptotic growth of the number of colorings in random graphs with high probability. Using this result paired with a coloring-to-clique polynomial reduction in the literature, we generate new Maximum Clique instances and analyze them. Moreover, we examine a family of instances from the literature that induce exponential runtime on a widely adopted subclass of Branch & Bound algorithms that use a chromatic upper bound to prune branches. We propose a preprocessing method that enables these algorithms to solve such instances in linear time on their size. Furthermore, we introduce a randomized construction that produces graphs resistant to this preprocessing and still exhibit exponential runtime for these algorithms, even if the upper bound uses the fractional chromatic number instead, which is a tighter bound. Finally, we run some computational tests to validate our analyses.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82778
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/1959650014993276
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-2730-4640
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/0802023762311924
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DCOMP - Dissertações defendidas na UFC

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