Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах

На основе рангового подхода предложен метод перечисления максимальных независимых множеств неориентированного связного графа с временной сложностью, в среднем не превышающей O (n⁶), где n — число вершин в графе, для графов, не содержащих разделяющих вершин, размерность которых не превышает n = 125....

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Электронное моделирование
Date:2017
Main Authors: Листровой, С.В., Сидоренко, А.В., Листровая, Е.С.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України 2017
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127632
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах / С.В. Листровой, А.В. Сидоренко, Е.С. Листровая // Электронное моделирование. — 2017. — Т. 39, № 4. — С. 3-17. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859647057853153280
author Листровой, С.В.
Сидоренко, А.В.
Листровая, Е.С.
author_facet Листровой, С.В.
Сидоренко, А.В.
Листровая, Е.С.
citation_txt Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах / С.В. Листровой, А.В. Сидоренко, Е.С. Листровая // Электронное моделирование. — 2017. — Т. 39, № 4. — С. 3-17. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Электронное моделирование
description На основе рангового подхода предложен метод перечисления максимальных независимых множеств неориентированного связного графа с временной сложностью, в среднем не превышающей O (n⁶), где n — число вершин в графе, для графов, не содержащих разделяющих вершин, размерность которых не превышает n = 125. На основі рангового підходу запропоновано метод перерахування максимальних незалежних множин неорієнтованого зв’язного графа з часовою складністю, що в середньому не перевищує O (n⁶), де n — число вершин у графі, для графів, що не мають розділяючих вершин, розмір яких не перевищує n = 125. Based on the rank approach the authors propose a method of enumeration of maximum independent sets of nonoriented connected graph with time complexity that does not exceed, at an average, O (n⁶), where n is the number of vertices in the graph, for the graphs which do not contain separating vertices, which dimension does not exceed n=125.
first_indexed 2025-12-07T13:29:37Z
format Article
fulltext ÓÄÊ 519.682.1 Ñ.Â. Ëèñòðîâîé, ä-ð òåõí. íàóê Óêðàèíñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò æåëåçíîäîðîæíîãî òðàíñïîðòà (Óêðàèíà, 61050, Õàðüêîâ, ïë. Ôåéðáàõà, 7, òåë. (050)9355042, å-mail: om1sergeyvladimirovih@gmail.com), À.Â. Ñèäîðåíêî (Samsung Electronics Ukraine Company, LLC Samsung R&D Institute Ukraine (Óêðàèíà, 01302, Êèåâ, óë. Ëüâà Òîëñòîãî, 57, òåë. +380509800852, å-mail cdandrey@gmail.com), Å.Ñ. Ëèñòðîâàÿ, êàíä. òåõí. íàóê Íàöèîíàëüíûé àýðîêîñìè÷åñêèé óíèâåðñèòåò èì. Í.Å. Æóêîâñêîãî (Óêðàèíà, 61070, Õàðüêîâ, óë. ×êàëîâà, 17, å-mail: listravkina@gmail.com) Ìåòîä ïåðå÷èñëåíèÿ ìàêñèìàëüíûõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â íåîðèåíòèðîâàííûõ ãðàôàõ Íà îñíîâå ðàíãîâîãî ïîäõîäà ïðåäëîæåí ìåòîä ïåðå÷èñëåíèÿ ìàêñèìàëüíûõ íåçàâèñè- ìûõ ìíîæåñòâ íåîðèåíòèðîâàííîãî ñâÿçíîãî ãðàôà ñ âðåìåííîé ñëîæíîñòüþ, â ñðåäíåì íå ïðåâûøàþùåé O (n6), ãäå n — ÷èñëî âåðøèí â ãðàôå, äëÿ ãðàôîâ, íå ñîäåðæàùèõ ðàçäåëÿþùèõ âåðøèí, ðàçìåðíîñòü êîòîðûõ íå ïðåâûøàåò n = 125. Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: ìàêñèìàëüíîå íåçàâèñèìîå ìíîæåñòâî, êëèêà, âåðøèííîå ïîêðûòèå. Íà îñíîâ³ ðàíãîâîãî ï³äõîäó çàïðîïîíîâàíî ìåòîä ïåðåðàõóâàííÿ ìàêñèìàëüíèõ íåçà- ëåæíèõ ìíîæèí íåîð³ºíòîâàíîãî çâ’ÿçíîãî ãðàôà ç ÷àñîâîþ ñêëàäí³ñòþ, ùî â ñåðåäíüîìó íå ïåðåâèùóº O (n6), äå n — ÷èñëî âåðøèí ó ãðàô³, äëÿ ãðàô³â, ùî íå ìàþòü ðîçä³ëÿþ÷èõ âåðøèí, ðîçì³ð ÿêèõ íå ïåðåâèùóº n = 125. Ê ë þ ÷ î â ³ ñ ë î â à: ìàêñèìàëüíà íåçàëåæíà ìíîæèíà, êë³êà, âåðøèííå ïîêðèòòÿ. Çàäà÷à ïåðå÷èñëåíèÿ ìàêñèìàëüíûõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ — îäíà èç èçâåñòíûõ NP-òðóäíûõ çàäà÷ òåîðèè ãðàôîâ, äëÿ êîòîðîé ïîêà íå íàéäåíî àëãîðèòìîâ ðåøåíèÿ çà ïîëèíîìèàëüíîå âðåìÿ. Ìåæäó òåì, äàííàÿ çàäà÷à èìååò ìíîãî÷èñëåííûå ïðèëîæåíèÿ.  áèîèíôîðìàòèêå ïðè êîìïüþòåð- íîì àíàëèçå ãåíîìíûõ áàç äàííûõ îíà èñïîëüçóåòñÿ, íàïðèìåð, ïðè ïîèñ- êå ïîòåíöèàëüíûõ ðåãóëÿòîðíûõ ñòðóêòóð ðèáîíóêëåèíîâûõ êèñëîò. Èññëåäîâàíèÿ â îáëàñòè ïåðå÷èñëåíèÿ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â ãðà- ôàõ âåäóòñÿ ñ ñåðåäèíû ïðîøëîãî âåêà. Èõ ðåçóëüòàòû íàõîäÿò ïðèëîæå- íèÿ íå òîëüêî íåïîñðåäñòâåííî â ìàòåìàòèêå (êîìáèíàòîðíàÿ òåîðèÿ ÷è- ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 4 3 ����������� ��� �� �� ����� ������� ��� �������� �� � Ñ.Â. Ëèñòðîâîé, À.Â. Ñèäîðåíêî, Å.Ñ. Ëèñòðîâàÿ, 2017 ñåë, òåîðèÿ êîäèðîâàíèÿ, òåîðåòè÷åñêàÿ èíôîðìàòèêà), íî è â äðóãèõ îá- ëàñòÿõ. Òàê, íàïðèìåð, â òåîðåòè÷åñêîé õèìèè âàæíûìè õàðàêòåðèñòè- êàìè ñîåäèíåíèé ÿâëÿþòñÿ èíäåêñû Ìýððèôèëäà—Ñèììîíñà [1] è Õî- ñîéè [2], êîòîðûå åñòü íå ÷òî èíîå, êàê ÷èñëî íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â ñîîòâåòñòâóþùèõ ãðàôàõ. Ìíîæåñòâî X i r , ñîñòîÿùåå èç r ïîïàðíî íåñìåæíûõ âåðøèí ãðàôà G V E( , ), íàçûâàåòñÿ íåçàâèñèìûì ìíîæåñòâîì (ÍÌ). Îáîçíà÷èì ÷åðåçYi k ìíîæåñòâî âåðøèí, ñ êîòîðûìè ñâÿçàíû âåðøèíû i-ãî ìíîæåñòâà X i r â ãðàôåG V E( , ). Ïîä ìàêñèìàëüíûìè íåçàâèñèìûìè ìíîæåñòâàìè (ÌÍÌ) ïîíèìàþò ìàêñèìàëüíûå ïî âêëþ÷åíèþ ÍÌ, ò.å. ìíîæåñòâà, óäîâëåòâî- ðÿþùèå óñëîâèþ X Y Vi r i k� � , êîòîðîå îçíà÷àåò, ÷òî ñôîðìèðîâàííîå ìíî- æåñòâî ÿâëÿåòñÿ ìàêñèìàëüíî íåçàâèñèìûì, ïîñêîëüêó â ýòîì ñëó÷àå ïîä- ìíîæåñòâî Yi k áóäåò ïðåäñòàâëÿòü âåðøèííîå ïîêðûòèå â ãðàôå G V E( , ), à ïîäìíîæåñòâî X i r — ÌÍÌ âåðøèí ãðàôà G V E( , ), äîïîëíÿþùåå ýòî ïîä- ìíîæåñòâî äî n. Åñëè X Y Vi r i k� � , òî, î÷åâèäíî, ñóùåñòâóþò âåðøèíû, êîòîðûå ìîæíî äîáàâèòü â X i r , è îíî îñòàíåòñÿ ïðè ýòîì íåçàâèñèìûì, è ÷èñëî ýòèõ âåðøèí íå ïðåâîñõîäèò n � r. Åñëè æå X Y Vi r i k� � , òî òàêèõ âåðøèí â ãðàôå G V E( , ) íå ñóùåñòâóåò. Ìàêñèìàëüíûé ðàçìåð � 0 íåçàâèñèìîãî ìíîæåñòâà â ãðàôå G V E( , ) íàçûâàåòñÿ ÷èñëîì íåçàâèñèìîñòè ãðàôà G V E( , ). Ñåìåéñòâî âñåõ íåçà- âèñèìûõ ìíîæåñòâ îáîçíà÷èì I (G). Åãî ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê îáúåäè- íåíèå äâóõ ñåìåéñòâ, I G I G| ||( ) ( )� , ãäå I G| ( ) — ñåìåéñòâî âñåõ ÌÍÌ, ÷èñëî êîòîðûõ îáîçíà÷èì � ( )G , è I G|| ( ) — ñåìåéñòâî âñåõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ, íå ÿâëÿþùèõñÿ ìàêñèìàëüíûìè, ò.å. äëÿ êîòîðûõ âûïîë- íÿåòñÿ óñëîâèå X Y Vi r i k� � .  ñåìåéñòâå I G| ( ) áóäåì âûäåëÿòü ïîäñå- ìåéñòâî I G I GM ( ) ( )|� íàèáîëüøèõ ÌÍÌ (ÍÌÍÌ), ÷èñëî êîòîðûõ îáîç- íà÷èì ( )G . Âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé àíàëèçèðóåìûõ ãðàôîâ ÿâëÿåòñÿ ïëîòíîñòü ðåáåð m â ãðàôå G V E( , ). Ïîä ïëîòíîñòüþ ðåáåð ãðàôà áóäåì ïîíèìàòü îòíîøåíèå � m E/ max , ãäå m — ÷èñëî ðåáåð â ãðàôå G V E( , ), E max � � �n n( )1 2 — ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå ÷èñëî ðåáåð â ãðàôå G V E( , ), ñîäåð- æàùåì n-âåðøèí. Íà ïåðâûé âçãëÿä, êàæåòñÿ, ÷òî íàõîæäåíèå âñåõ ÌÍÌ — ïðîñòàÿ çàäà÷à, ðåøàåìàÿ ïðîñòûì ïåðåáîðîì ÍÌ ñ îäíîâðåìåííîé ïðî- âåðêîé èõ íà ìàêñèìàëüíîñòü. Ïðåäñòàâëåíèå î ïðîñòîòå çàäà÷è ñïðàâåä- ëèâî òîëüêî äëÿ íåáîëüøèõ ãðàôîâ (â ïðîñòûõ ïðåäìåòíûõ îáëàñòÿõ) ñ ÷èñëîì âåðøèí íå áîëåå 20. Îäíàêî ïðè óâåëè÷åíèè ÷èñëà âåðøèí ýòîò ìåòîä ïîèñêà ñ âû÷èñëèòåëüíîé òî÷êè çðåíèÿ ñòàíîâèòñÿ ãðîìîçäêèì. Òàêîé âûâîä ïîëó÷àåì, èññëåäóÿ çàâèñèìîñòü ÷èñëà êëèê îò ÷èñëà âåðøèí â ãðàôàõ Ìóíà—Ìîçåðà [3]. Ïîíÿòèå, ïðîòèâîïîëîæíîå ÍÌ, åñòü Ñ.Â. Ëèñòðîâîé, À.Â. Ñèäîðåíêî, Å.Ñ. Ëèñòðîâàÿ 4 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 4 ïîëíûé ïîäãðàô [4].  îòëè÷èå îò ÍÌ, â êîòîðîì íå ìîãóò âñòðåòèòüñÿ äâå ñìåæíûå âåðøèíû, â ïîëíîì ïîäãðàôå âñå âåðøèíû ïîïàðíî ñìåæíûå. Î÷åâèäíî, ÷òî ÍÌ ãðàôà G ñîîòâåòñòâóåò ïîëíîìó ïîäãðàôó ãðàôà G , è íàîáîðîò. Çäåñü G — äîïîëíåíèå ãðàôà G. Ñëåäîâàòåëüíî, çàäà÷à ïîèñêà ÍÌ ãðàôà G ëèíåéíî ïðåîáðàçóåòñÿ â çàäà÷ó ïîèñêà ïîëíûõ ïîäãðàôîâ ãðàôà G .  ðàáîòå [4] óêàçàíî, ÷òî ëó÷øèì èç èçâåñòíûõ àëãîðèòìîâ ïîèñêà ñåìåéñòâà ÌÍÌ ÿâëÿåòñÿ ìåòîä ïåðåáîðà Áðîíà—Êýðáîøà ñ âðåìåííîé ñëîæíîñòüþ O n( )3 .  ïðîöåññå âûïîëíåíèÿ ýòîãî àëãîðèòìà ÷èñëî ôîðìè- ðóåìûõ ÌÍÌ óâåëè÷èâàåòñÿ, íî çàòåì îòáðàñûâàåòñÿ, òàê êàê îáíàðó- æèâàåòñÿ, ÷òî îíè ñîäåðæàòñÿ â äðóãèõ, ðàíåå ïîëó÷åííûõ ìíîæåñòâàõ, è ïîýòîìó íå ÿâëÿþòñÿ ìàêñèìàëüíûìè. Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì ìåòîäà Áðîíà—Êýðáîøà ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìîñòü âî âðåìÿ ðàáîòû àëãîðèòìà ñîõðàíÿòü áîëüøîå êîëè÷åñòâî âñïîìîãàòåëüíîé èíôîðìàöèè, ïîëó÷åí- íîé íà âñåõ øàãàõ.  ðàáîòå [5] ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ñðàâíåíèÿ àëãîðèòìîâ Ëóêàêèñà (Loukakis), Öóêèÿìà (Tsukiyama) è ×èáà (Chiba) ñ àëãîðèòìîì Áðîíà— Êåðáîøà è åãî ðàçëè÷íûìè âàðèàöèÿìè. Ñîãëàñíî ýòèì ðåçóëüòàòàì àëãî- ðèòì Áðîíà—Êåðáîøà äî ñèõ ïîð ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ñàìûõ ýôôåêòèâíûõ äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è î ïîèñêå âñåõ ÌÍÌ íåîðèåíòèðîâàííîãî ãðàôà.  ðàáîòå [6] ïðåäñòàâëåíà î÷åðåäíàÿ ìîäèôèêàöèÿ àëãîðèòìà Áðîíà—Êåð- áîøà.  ðàáîòå [7] òàêæå áûëà ïîëó÷åíà îöåíêà âðåìåííîé ñëîæíîñòè àëãîðèòìà Áðîíà—Êåðáîøà: O n( )/3 3 . Ñðåäè ïåðâûõ ðàáîò â îáëàñòè ïåðå÷èñëåíèÿ ÍÌ — ðàáîòû, ïîñâÿ- ùåííûå ïîèñêó ãðàôîâ ñ íàèáîëüøèì ÷èñëîì ÍÌ [3, 4].  ðàáîòå [8] ïîëó÷åíû âåðõíèå è íèæíèå îöåíêè ÷èñëà ÍÌ â äåðåâüÿõ ñ çàäàííûì ÷èñëîì âåðøèí. Ïóñòü T — äåðåâî ñ n âåðøèíàìè. Òîãäà I T n( ) � 2 1. Ïðè ýòîì ðàâåíñòâî I T n( ) �� ñïðàâåäëèâî, åñëè Ò ÿâëÿåòñÿ ïðîñòîé öåïüþ, ãäå � n — (n + 2)-å ÷èñëî Ôèáîíà÷÷è (� 0 1� ,�1 2� , � � �n n n� � �1 2 ïðè n � 2).  îáùåì ñëó÷àå äëÿ ïðîèçâîëüíûõ ãðàôîâ ñïðàâåäëèâî íåðàâåíñòâî ( ) ( )n I G n � �1 2 , ãäå íèæíÿÿ ãðàíèöà äîñòèãàåòñÿ íà ïîëíîì ãðàôå, à âåðõíÿÿ — íà ïóñòîì ãðàôå. Ê ñîæàëåíèþ, âñå èçâåñòíûå îöåíêè ñâåðõó ÿâëÿþòñÿ ãðóáûìè è èõ òðóäíî èñïîëüçîâàòü íà ïðàêòèêå. Áóäåì ðàññìàòðèâàòü êëàññ ãðàôîâ, â êîòîðûõ ïðè ïåðåõîäå îò ãðàôà G ê åãî äîïîëíåíèþ G , è íàîáîðîò, ãðàô îñòàåòñÿ ñâÿçíûì è íå ñîäåðæèò ðàçäåëÿþùèõ âåðøèí. Íàïðèìåð, ïðè ïåðåõîäå îò ãðàôîâ Ìóíà—Ìîçåðà ê èõ äîïîëíåíèþ ïîëó÷àåì íàáîð íåñâÿçàííûõ êîìïîíåíò. Åñòåñòâåííî, â òàêîì íåñâÿçíîì ãðàôå ÷èñëî ÍÌ ïðè áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ n è áîëüøîì ÷èñëå íåñâÿçàííûõ êîìïîíåíò áóäåò ïðèáëèæàòüñÿ ê âåðõíåé ãðàíèöå 2n . Ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ ðàçðàáîòêà ïðîöåäóðû íåÿâíîãî ïîëíîãî ïåðåáîðà, Ìåòîä ïåðå÷èñëåíèÿ ìàêñèìàëüíûõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â íåîðèåíòèðîâàííûõ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 4 5 ïîçâîëÿþùåé ñíèçèòü âðåìåííóþ ñëîæíîñòü ïðîöåññà ïåðå÷èñëåíèÿ ÌÍÌ äëÿ ðàññìàòðèâàåìîãî êëàññà ãðàôîâ. Ôîðìàëèçàöèÿ çàäà÷è è åå ðåøåíèå. Äëÿ ðåàëèçàöèè ïðîöåäóðû ïåðå÷èñëåíèÿ ÌÍÌ ïðåäëàãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü èäåè ðàíãîâîãî ïîäõîäà ê ðåøåíèþ çàäà÷ äèñêðåòíîé îïòèìèçàöèè è òåîðèè ãðàôîâ [9—12]. Ïî- ñêîëüêó áóäóò ðàññìàòðèâàòüñÿ òîëüêî ñî÷åòàíèÿ íåñâÿçàííûõ ìåæäó ñî- áîé âåðøèí ãðàôà, ìíîæåñòâî âñåõ ñî÷åòàíèé âåðøèí ïðîèçâîëüíîãî íå- îðèåíòèðîâàííîãî ãðàôà G V E( , ) ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå òðåóãîëüíîãî ãðàôà G� (ðèñ. 1). Äëÿ ïðîèçâîëüíîé âåðøèíû i ìíîæåñòâî ïóòåé, âåäó- ùèõ â ýòó âåðøèíó èç íåêîòîðîé âåðøèíû s, ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå M i m m ms si r si r si r n( ) ...� � � �� � � �1 2 1, i n� �1 1, , ãäå msi r si r�{ }� , msj r sj r�{ }� — ïîäìíîæåñòâà ïóòåé èç ïðîèçâîëüíîé âåðøèíû s â íåêîòîðóþ âåðøèíó i ãðàôàG V E( , )ðàíãà r. Ñóììàðíîå ÷èñëî ïóòåé, çàêàí÷èâàþùèõñÿ íà r-ì ÿðóñå ãðàôà G� , ðàâíî C n r . Åñëè ïðîñóì- ìèðîâàòü ìíîæåñòâà ïóòåé, çàêàí÷èâàþùèõñÿ íà âñåõ ÿðóñàõ, ïîëó÷èì C C C Cn n n n n n1 2 3 2 1 � �... . Ôàêòè÷åñêè ÷èñëà ïóòåé â ãðàôåG� , âåäóùèõ ê âåðøèíàì i, îáðàçóþò òðåóãîëüíèê Ïàñêàëÿ (ðèñ. 2). Ðàññìîòðèì âîçìîæíîñòü ïåðå÷èñëåíèÿ ÌÍÌ íà îñíîâå ôîðìèðî- âàíèÿ ïóòåé â ãðàôå G� è ââåäåíèÿ ïðàâèë îòñå÷åíèÿ íåïåðñïåêòèâíûõ ïóòåé, íà îñíîâå êîòîðûõ íåâîçìîæíî ïîñòðîèòü ÌÍÌ. Èñõîäíûìè äàí- íûìè äëÿ ïðîöåäóðû ïåðå÷èñëåíèÿ áóäóò âåðøèíû i, ðàñïîëàãàåìûå íà íóëåâîì ÿðóñå r �0. Èõ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ïóòü �si , ñîäåðæàùèé îäíó âåðøèíó i â ãðàôå G� . Êàæäûé ïóòü �si áóäåì çàäàâàòü òðåìÿ ìíî- æåñòâàìè: �si = Xi | Yi | Zi, ãäå Xi — ìíîæåñòâî íåçàâèñèìûõ âåðøèí; Yi — Ñ.Â. Ëèñòðîâîé, À.Â. Ñèäîðåíêî, Å.Ñ. Ëèñòðîâàÿ 6 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 4 s 1 2 2 3 3 3 4 4 4 4 r =1 r = 2 r =3r =0 Ðèñ. 1. Òðåóãîëüíûé ãðàô G� s 1 1 1 2 1 3 1 4 1 2 2 3 3 4 1 3 3 4 1 4 r=0 r=1 r=2 r=3 Ðèñ. 2. Òðåóãîëüíèê Ïàñêàëÿ â òðåóãîëüíîì ãðàôå G� ìíîæåñòâî âåðøèí, ñ êîòîðûìè ñâÿçàíû âåðøèíû èç ìíîæåñòâà Õi; Zi — ìíîæåñòâî âåðøèí, äîïîëíÿþùåå îáúåäèíåíèå ìíîæåñòâ X Yi i� äî V. Íàïðèìåð, åñëè ãðàô ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé öåïü 1-----2-----3-----4-----5-----6-----7-----8-----9-----10, (1) èñõîäíûìè äàííûìè äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è ïåðå÷èñëåíèÿ ÌÍÌ â òàêîì ãðàôå áóäóò ñëåäóþùèå: �s r 1 0� = 1|2|345678910, �s r 2 0� = 2|13|45678910, �s r 3 0� = 3|24|15678910, �s r 4 0� = 4|35|12678910, �s r 5 0� = 5|46|12378910, �s r 6 0� = 6|57|12348910, �s r 7 0� = 7|68|12345910, �s r 8 0� = 8|79|12345610, �s r 9 0� = 9|810|1234567, �s r 10 0� = 10|9|12345678 . (2)  òðåóãîëüíîì ãðàôå îíè ðàñïîëîæåíû íà íóëåâîì ÿðóñå, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 3, ãäå òðåóãîëüíûé ãðàô G� ïðåäñòàâëåí â âèäå òàáëèöû, â êîòîðîé âåðøèíàì ãðàôà ñîîòâåòñòâóþò êëåòêè ñ íîìåðàìè âåðøèí òðåóãîëüíîãî ãðàôà. Åñëè âçÿòü ïóòü �s r 1 0� = 1|2|345678910, òî íà îñíîâå ýòîãî ïóòè Ìåòîä ïåðå÷èñëåíèÿ ìàêñèìàëüíûõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â íåîðèåíòèðîâàííûõ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 4 7 1|2|345678910 1 2|13|45678910 2 2 3|24|15678910 3 13|24|5678910 3 3 4|35|12678910 4 4 4 4 5|46|12378910 5 5 5 5 5 6|57|12348910 6 6 6 6 6 7|68|12345910 7 7 7 7 7 8|79|12345610 8 8 8 8 8 9|810|1234567 9 9 9 9 9 10|9|123345678 10 10 10 10 10 r � 0 r � 1 r � 2 r � 3 r � 4 Ðèñ. 3. Ïðåäñòàâëåíèå òðåóãîëüíîãî ãðàôà G� â âèäå òàáëèöû ìîæíî ôîðìèðîâàòü ïóòè â âåðøèíû (3,4,5,6,7,8,9,10). Íàïðèìåð, åñëè ñôîðìèðîâàòü ïóòü �s r 13 1� â âåðøèíó 3 íà ïåðâîì ÿðóñå, òî åãî èäåíòè- ôèêàöèÿ áóäåò èìåòü ñëåäóþùèé âèä: �s r 13 1� = X3 = {13} | Y3 = {24} | Z3 = {5,6,7,8,9,10}, ãäå X 3 1 3 13� � �{ }; Y3 2 2 4 2 4� � �{ } { , } { , } èëè â óïðîùåííîì âèäå �s r 13 1� = = 13|24|5678910. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî íà íåêîòîðîì ÿðóñå r ïîñòðîåí ïóòü � i r = abc|gde|qtls.  ìíîæåñòâå Zi ýòîãî ïóòè ñîäåðæàòñÿ âåðøèíû, â êîòîðûå äàííûé ïóòü ìîæåò áûòü ïðîäëåí. ßñíî, ÷òî â ãðàôå G� â âåðøèíû ñ íîìåðàìè, áîëü- øèìè, ÷åì íîìåð âåðøèíû ñ, äàííûé ïóòü íå ìîæåò áûòü ïðîäëåí. Ïîýòîìó âåðøèíû ñ íîìåðàìè, ìåíüøèìè, ÷åì íîìåð âåðøèíû ñ, ìîãóò áûòü èñêëþ- ÷åíû èç ìíîæåñòâà Zi. Åñëè íîìåðà âñåõ âåðøèí â ìíîæåñòâå Zi ìåíüøå íîìåðà âåðøèíû ñ, òî èç àíàëèçà ìîæåò áûòü èñêëþ÷åí âåñü ïóòü � i . Òàêèå îòñå÷åíèÿ íàçîâåì ïðàâèëîì I îòñå÷åíèÿ íåïåðñïåêòèâíûõ ïóòåé â ãðàôå G� . Ïîñëå ïðèìåíåíèÿ ïðàâèëà I â ìíîæåñòâå Z îáðàçî- âàëîñü äâà ïîäìíîæåñòâà, Z| è Z|| , óäîâëåòâîðÿþùèå óñëîâèþ Z Z Zi i i� �| || , ãäå Zi | — ìíîæåñòâî âåðøèí, êîòîðîå ìîæíî óäàëèòü èç Zi; Zi || — ìíî- æåñòâî âåðøèí, êîòîðîå îñòàåòñÿ â Zi ïîñëå óäàëåíèÿ âåðøèí j Zi� | . ßñíî, ÷òî åñëè âåðøèíû, óäàëåííûå èç ìíîæåñòâà Zi, íå ñâÿçàíû ñ ìíîæåñòâîì âåðøèí Zi || , òî íà îñíîâå ýòèõ âåðøèí íå óäàñòñÿ ïîñòðîèòü ÌÍÌ, òàê êàê îíî ìîãëî áûòü ïîïîëíåíî âåðøèíàìè èç ìíîæåñòâà Zi | , íî îíè óæå óäàëåíû èç àíàëèçà. Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ñôîðìóëèðîâàòü ïðàâèëî II îòñå÷åíèÿ íåïåðñ- ïåêòèâíûõ ïóòåé â ãðàôåG� , à èìåííî: ïðîâåðÿåì, ñâÿçàíû ëè âåðøèíû èç ìíîæåñòâà Zi | ñ âåðøèíàìè èç ìíîæåñòâà Zi || è, åñëè òàêèõ ñâÿçåé íåò, òî ïóòü � i èñêëþ÷àåì èç àíàëèçà. Åñëè îðãàíèçîâàòü ïîñëåäîâàòåëüíîå ôîð- ìèðîâàíèå ïóòåé â ãðàôå G� ñíà÷àëà îò âåðøèíû 1 êî âñåì îñòàëüíûì âåðøèíàì ãðàôà G� , çàòåì îò âåðøèíû 2 êî âñåì îñòàëüíûì âåðøèíàì ãðàôà G� è òàê äàëåå, è åñëè â ïðîöåññå ôîðìèðîâàíèÿ ïóòè ê âåðøèíå ñ íîìåðîì k ïðè ïðèìåíåíèè ïðàâèë I è II îêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïóòü �k ìîæíî èñêëþ÷èòü èç àíàëèçà, òî ÿñíî, ÷òî ïóòè ê âåðøèíàì ñ íîìåðàìè k + 1 è áîëüøå ïðîöåäóðà íå ñòðîèò. Òàêîå îòñå÷åíèå íàçîâåì ïðàâèëîì III. Èñ- ïîëüçóÿ ââåäåííûå ïðàâèëà îòñå÷åíèÿ, ðàññìîòðèì ïðîöåäóðó À ïåðå÷èñ- ëåíèÿ ÌÍÌ. Ïðîöåäóðà À. Ø à ã 1. Íà íóëåâîì ÿðóñå â ìíîæåñòâà Õ âíîñèì âñå âåðøèíû è ôîðìèðóåì äëÿ êàæäîé âåðøèíû ìíîæåñòâà Y è Z. Íà îñíîâå ââåäåííûõ ïðàâèë I—III èñêëþ÷àåì èç äàëüíåéøåãî àíàëèçà òå âåðøèíû, íà îñíîâå Ñ.Â. Ëèñòðîâîé, À.Â. Ñèäîðåíêî, Å.Ñ. Ëèñòðîâàÿ 8 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 4 êîòîðûõ â ïåðñïåêòèâå íåâîçìîæíî ïîñòðîèòü ÌÍÌ, è ïåðåõîäèì ê âû- ïîëíåíèþ ñëåäóþùåãî øàãà. Ø à ã 2. Âûáèðàåì ïåðâóþ âåðøèíó (s := 1), ôîðìèðóåì ïóòè �si r�1 ðàí- ãà r = 1 è äëÿ êàæäîãî ïóòè îïðåäåëÿåì ìíîæåñòâà Y è Z. Ïóòè, óäîâëåò- âîðÿþùèå óñëîâèþ X Y Vi r i k� � , çàíîñèì â ìíîæåñòâî U.  êàæäîì ïóòè íà îñíîâå ïðàâèë I—III èñêëþ÷àåì èç äàëüíåéøåãî àíàëèçà òå âåðøèíû, íà îñíîâå êîòîðûõ â ïåðñïåêòèâå íåâîçìîæíî ïîñòðîèòü ÌÍÌ, è, åñëè ïðàâèëà I—III ïîçâîëÿþò, òî èñêëþ÷àåì èç àíàëèçà è ïîñòðîåííûå ïóòè è ïåðåõîäèì ê âûïîëíåíèþ ñëåäóþùåãî øàãà. Ø à ã 3. Ïðîâåðÿåì ìíîæåñòâà ïóòåé msi r ��. Åñëè îíè íå ïóñòû, òî ïåðåõîäèì ê âûïîëíåíèþ ñëåäóþùåãî øàãà, èíà÷å — ïåðåõîäèì ê øàãó 5. Ø à ã 4. Íà îñíîâå ïóòåé òåêóùåãî ðàíãà �si r ôîðìèðóåì ïóòè �si r r:� 1 ñëåäóþùåãî ðàíãà r + 1 â âåðøèíû, óêàçàííûå â ìíîæåñòâå Z, è äëÿ êàæ- äîãî ñôîðìèðîâàííîãî ïóòè îïðåäåëÿåì ìíîæåñòâà Y è Z. Ïóòè, óäîâëåò- âîðÿþùèå óñëîâèþ X Y Vi r i k� � , çàíîñèì â ìíîæåñòâî U.  êàæäîì ïóòè ñîãëàñíî ïðàâèëàì I—III èñêëþ÷àåì èç äàëüíåéøåãî àíàëèçà òå âåðøèíû, íà îñíîâå êîòîðûõ â ïåðñïåêòèâå íåâîçìîæíî ïîñòðîèòü ÌÍÌ, è, åñëè ïðàâèëà I—III ïîçâîëÿþò, òî è ïîñòðîåííûå ïóòè èñêëþ÷àåì èç àíàëèçà è ïåðåõîäèì ê âûïîëíåíèþ øàãà 3. Ø à ã 5. Ïðîâåðÿåì, ïîñòðîåíû ïóòè èëè íåò îò âñåõ âåðøèí, íå èñê- ëþ÷åííûõ èç àíàëèçà è ðàñïîëîæåííûõ íà íóëåâîì ÿðóñå. Åñëè äà, òî ïðîöåäóðà çàêàí÷èâàåò ðàáîòó è ìíîæåñòâî U ñîäåðæèò âñå ÌÍÌ, èíà÷å — s := s + 1; r := 0 è ïåðåõîäèì ê âûïîëíåíèþ øàãà 4. Ðàññìîòðèì ïðèìåð ðàáîòû ïðîöåäóðû À äëÿ ãðàôà (1). Èñõîäíûìè äàííûìè äëÿ ãðàôà (1) ÿâëÿþòñÿ ìíîæåñòâà ïóòåé (2).  ðåçóëüòàòå ïðè- ìåíåíèÿ ïðàâèë îòñå÷åíèÿ I, II â ìíîæåñòâå îñòàþòñÿ òîëüêî äâà ïóòè: �s r 1 0� = 1|2|345678910 è �s r 2 0� = 2|13|45678910. Ïóòè �s r 3 0� = 3|24|15678910, �s r 4 0� = 4|35|12678910, �s r 5 0� = 5|46|12378910, �s r 6 0� = 6|57|12348910, �s r 7 0� = = 7|68|12345910, �s r 8 0� = 8|79|12345610 îòñåêàþòñÿ íà îñíîâå ïðàâèëà II, à ïóòè �s r 9 0� = 9|810|1234567 è �s r 10 0� = 10|9|12345678 — íà îñíîâå ïðàâèëà I. Ïîñêîëüêó ñðåäè èñõîäíûõ ïóòåé îñòàëîñü òîëüêî äâà, ïðîöåäóðà ôîðìè- ðîâàíèÿ áóäåò ñîñòîÿòü èç äâóõ ýòàïîâ: ôîðìèðîâàíèÿ âñåõ âîçìîæíûõ ïóòåé ïðîöåäóðîé À íà îñíîâå ïóòè �s r 1 0� = 1|2|345678910 è ôîðìèðîâàíèÿ ïóòåé ïðîöåäóðîé À íà îñíîâå ïóòè �s r 2 0� = 2|13|45678910. Ðåçóëüòàòû ðàáîòû ïðîöåäóðû ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 4, ãäå öâåòîì âûäåëåíû ïóòè è âåðøèíû, îòñåêàåìûå ïî ïðàâèëó I, çâåçäî÷êîé ïîìå÷å- íû ñôîðìèðîâàííûå ÌÍÌ, à çíàêîì # — ïóòè, îòñåêàåìûå ïî ïðàâèëó II, íà ïåðâîì è âòîðîì ÿðóñàõ ïóòè 110|29|345678 è 1310|249|5678 ê âåðøèíå 10 íå ïîñòðîåíû íà îñíîâå ïðàâèëà III. ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 4 9 Ìåòîä ïåðå÷èñëåíèÿ ìàêñèìàëüíûõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â íåîðèåíòèðîâàííûõ 10 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 4 1|2|345678910 1 2 2 3 13|24|5678910 3 3 4 14|235|678910 4 4 4 5 15|246|378910 # 5 135|246|78910 5 5 5 6 16|257|348910 # 6 136|2457|8910 146|2357|8910 6 6 6 7 17|268|345910 # 7 137|2468|5910 # 147|23568|910 7 1357|2468|910 7 7 8 18|279|345610 # 8 138|2479|5610 # 8 1358|24679|10 1468|23579|10 1469|2357810* 8 8 9 19|2810|3456 9 139|24810|567 9 1359|246810|7 1369|2457810* 1469|2357810* 1479|2356810* 9 13579|246810* 9 10 10 10 14710|23456789* 10 135710|24689* 135810|24679* 136810|24579* 146810|23579* 10 r � 0 r � 1 r � 2 r � 3 r � 4 1 4|2 2|13|45678910 2 2 5|4 3 3 3 7|1 4 24|135|678910 4 4 4 1|0 5 25|1346|78910 5 5 5 5 6 26|1357|48910 # 6 246|1357|8910 6 6 6 7 27|1368|45910 # 7 247|13568|910 257|13468|910 7 7 7 8 8 248|13579|610# 258|134679|610 8 2468|13579|10 8 8 9 9 9 2479|1356810* 2469|1357810* 2579|1346810* 9 9 10 10 10 25810|134679* 25710|134689* 24610|13579|8 10 246810|13579* 10 r � 0 r � 1 r � 2 r � 3 r � 4 Ðèñ. 4. Ôîðìèðîâàíèå ïóòåé ïðîöåäóðîé À íà îñíîâå ïóòè � s r 1 0� = 1|2|345678910 (à) è íà îñíîâå ïóòè � s r 2 0� = 2|13|45678910 (á) à á  àíàëèçèðóåìîì ãðàôå (1) èìååòñÿ âñåãî 16 ÌÍÌ: {2 4 6 8 10}; {1 4 6 8 10}; {1 3 6 8 10}; {1 3 5 8 10 }; {1 3 5 7 10}; {1 3 5 7 9}; {2 5 8 10}; { 2 5 7 10}; {2 5 7 9}; {2 4 7 10};{2 4 7 9}; {2 4 6 9}; {1 4 7 10}; {1 4 7 9}; {1 4 6 9}; {1 3 6 9}. Êàê âèäèì, ïðîöåäóðà À âñå èõ ïåðå÷èñëèëà. Çà äâà ïðîõîäà ïðîöåäóðà À ïîñòðîèëà 49 ïóòåé. Åñëè ïåðå÷èñëÿòü âñå ïóòè äî ÷åòâåðòîãî ÿðóñà, îïðåäåëÿåìûå òðåóãîëüíèêîì Ïàñêàëÿ (ðèñ. 5), òî ïðèøëîñü áû ïîñòðîèòü 627 ïóòåé. Òàêèì îáðàçîì, ïðîèçîøëî ñîêðàùåíèå ïåðåáèðàåìûõ ïóòåé â 12,79 ðàç.  ïðåäñòàâëåííîì àëãîðèòìå îòñå÷åíèå íåïåðñïåêòèâíûõ âàðèàíòîâ, êîòîðûå çàâåäîìî íå ïðèâåäóò ê ïîñòðîåíèþ êëèêè, îáåñïå÷èâàåòñÿ ïî- ñðåäñòâîì èñïîëüçîâàíèÿ äîïîëíèòåëüíîãî ìíîæåñòâà, â êîòîðîå ïîìå- ùàþòñÿ âåðøèíû, óæå èñïîëüçîâàííûå äëÿ óâåëè÷åíèÿ ïîëíîãî ïîäãðàôà. Àëãîðèòì îïåðèðóåò òðåìÿ ìíîæåñòâàìè âåðøèí ãðàôà: ìíîæåñòâîì Q, ñîäåðæàùåì íà êàæäîì øàãå ðåêóðñèè ïîëíûé ïîäãðàô äëÿ äàííîãî øàãà (ñòðîèòñÿ ðåêóðñèâíî); ìíîæåñòâîì âåðøèí Ñ, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî ìîæ- íî óâåëè÷èòü çíà÷åíèå Q, è ìíîæåñòâîì âåðøèí N, óæå èñïîëüçîâàííûõ äëÿ ðàñøèðåíèÿ Q íà ïðåäûäóùèõ øàãàõ. Àëãîðèòì ÿâëÿåòñÿ ðåêóðñèâíîé ïðîöåäóðîé, ïðèìåíÿåìîé ê ýòèì òðåì ìíîæåñòâàì, è åãî ñëîæíîñòü ëèíåéíà îòíîñèòåëüíî ÷èñëà êëèê â ãðàôå. Ìåòîä ïåðå÷èñëåíèÿ ìàêñèìàëüíûõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â íåîðèåíòèðîâàííûõ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 4 11 1 1 1 2 1 2 1 3 2 3 1 3 1 4 3 4 3 4 1 4 1 5 4 5 6 5 4 5 1 5 1 6 5 6 10 6 10 6 5 6 1 7 6 7 15 7 20 7 15 7 1 8 7 8 21 8 35 8 35 8 1 9 8 9 28 9 56 9 70 9 1 10 9 10 36 10 84 10 126 10 r � 0 r � 1 r � 2 r � 3 r � 4 �� 627 45 120 210 252 Ðèñ. 5. ×èñëî ïóòåé, îïðåäåëÿåìûõ òðåóãîëüíèêîì Ïàñêàëÿ Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ ðàáîòû ïðîöåäóðû è îöåíêà åå âðåìåííîé ñëîæíîñòè. Ïðè ýêñïåðèìåíòàëüíîì èññëåäîâàíèè ÷èñëà ýëåìåíòàðíûõ îïåðàöèé, âûïîëíÿåìûõ ïðåäëîæåííîé ïðîöåäóðîé ôîðìèðîâàíèÿ ÌÍÌ, ÷èñëî âåðøèí n ãðàôîâ èçìåíÿëîñü â äèàïàçîíå îò 10 äî 100, à ïëîòíîñòü ðåáåð â ãðàôå ãåíåðèðîâàëàñü ïî ðàâíîìåðíîìó çàêîíó ðàñïðåäåëåíèÿ. Íà êàæäóþ òî÷êó îöåíêè ïðè ôèêñèðîâàííûõ çíà÷åíèÿõ n è ãåíåðèðîâàëîñü íå ìåíåe 50 ãðàôîâ è îïðåäåëÿëîñü ñðåäíåå çíà÷åíèå ÷èñëà ýëåìåíòàðíûõ îïåðàöèé ñðàâíåíèÿ �. Ôîðìèðóåìûå â ïðîöåññå ýêñïåðè- ìåíòà ãðàôû íå ñîäåðæàëè ðàçäåëÿþùèõ âåðøèí, ïîñêîëüêó ïðè èõ íàëè÷èè ÷èñëî ÌÍÌ ìîæåò áûòü ýêñïîíåíöèàëüíî áîëüøèì. Âåðøèíà v ãðàôà G íàçûâàåòñÿ ðàçäåëÿþùåé, åñëè ãðàô G v� èìååò áîëüøå êîìïîíåíò, ÷åì G. Âñå ðåçóëüòàòû ïîëó÷åíû ñ äîâåðèòåëüíîé âåðîÿòíîñòüþ 0,95. Ïðè ïðî- âåäåíèè ýêñïåðèìåíòà îöåíèâàëîñü âðåìÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è, âåðîÿòíîñòü ðåøåíèÿ çàäà÷è çà âðåìÿ, íå ïðåâûøàþùåå íåêîòîðîãî äîïóñòèìîãî, ðàâíîãî 30 ñ, à òàêæå ÷èñëî � ÌÍÌ, ÷èñëî ÍÌÍÌ è ÷èñëî �0 âåðøèí â ÍÌÍÌ. Ðå- çóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ïðèâåäåíû â òàáë. 1—6. Êàê âèäíî èç òàáë. 1, 2, äëÿ ñåìåéñòâà S A S Gi | ( ) ( )� ñïðàâåäëèâî íå- ðàâåíñòâî I S| || |� � �, ò.å. åñëè ãðàô â âèäå öåïè — ñâÿçíûé, òî îáùåå ÷èñëî íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ ñåìåéñòâà S (G) ýêñïîíåíöèàëüíî çàâèñèò îò n, à ÷èñëî I S| || |� ÌÍÌ ñåìåéñòâà S A S Gi | ( ) ( )� , ïî âñåé âèäèìîñòè, âîçðàñòàåò ýêñïîíåíöèàëüíî, íî ñêîðîñòü âîçðàñòàíèÿ äàííîé ýêñïîíåíòû ñóùåñòâåííî íèæå, ÷òî ïîçâîëÿåò äëÿ ãðàôîâ ñ ÷èñëîì âåðøèí, íå ïðåâû- øàþùèì 125 çà ïîëèíîìèàëüíîå âðåìÿ, ïåðå÷èñëÿòü ÌÍÌ. Èç òàáë. 1—4 âèäíî, ÷òî âðåìåííàÿ ñëîæíîñòü ðàáîòû ïðîöåäóðû À â çàäàííîì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ âåðøèí ãðàôà íå ïðåâûøàåò O n( )6 . Òåñ- òîâûå èñïûòàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî äàííàÿ òåíäåíöèÿ ñîõðàíÿåòñÿ äî çíà÷å- íèé, íå ïðåâûøàþùèõ n �125. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå ðàáîòû ïðîöåäóðû À ïîêàçàëî, ÷òî äëÿ ãðàôîâ äàííîãî òèïà âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî | ( )| ( ) | ( )|| ||I G G I G� ��� è � �( )G n� � 4, ò.å. äëÿ ðàññìàòðèâàåìîãî êëàññà ãðàôîâ ÷èñëî ÌÍÌ � ( )G íå ïðåâûøàåò âåëè÷èíó n4. Ïîñëåäíåå ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíî òåì, ÷òî ÷èñëî � íåñâÿçàííûõ ïàð X i r�2 âåðøèí â ãðàôå ðàâíî ÷èñëó ðåáåð â ãðàôå, ÿâëÿþùåìñÿ äîïîëíåíèåì G ãðàôà G V E( , ), â êîòîðîì âåðøèíû ãðàôà G ñîåäèíåíû ðåáðàìè, åñëè îíè íå ñîåäèíåíû â ãðàôå G V E( , ). Åñëè â ãðàôå G V E( , ) ñîäåðæèòñÿ m ðåáåð, òî ñïðàâåäëèâî ðàâåíñòâî � � � � � � � � � � � � �E m E m E Emax max max max ( )1 1 . Ïðè ýòîì ñïðàâåäëèâî òàêæå íåðàâåíñòâî � � n2, è ïîñêîëüêó ìàêñèìàëü- íûé ðàíã ïóòè â òðåóãîëüíîì ãðàôå íå ìîæåò ïðåâûñèòü n �1, à ïðîöåäóðà Ñ.Â. Ëèñòðîâîé, À.Â. Ñèäîðåíêî, Å.Ñ. Ëèñòðîâàÿ 12 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 4 Ìåòîä ïåðå÷èñëåíèÿ ìàêñèìàëüíûõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â íåîðèåíòèðîâàííûõ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 4 13 n n 30 50 70 90 30 50 70 90 10 1 1 1 1 15 1 1 1 1 60 0,9904 1 1 1 20 1 1 1 1 65 0,9112 1 1 1 25 1 1 1 1 70 0,7413 1 1 1 30 1 1 1 1 75 0,5285 1 1 1 35 1 1 1 1 80 0,3584 1 1 1 40 1 1 1 1 85 0,2257 1 1 1 45 1 1 1 1 90 0,1478 1 1 1 50 1 1 1 1 95 0,0942 1 1 1 55 0,9999 1 1 1 100 0,0614 0,9999 1 1 Òàáëèöà 3. Âåðîÿòíîñòü ïåðå÷èñëåíèÿ ÌÍÌ çà âðåìÿ, íå ïðåâûøàþùåå 30 ñ n n 30 50 70 90 30 50 70 90 10 1412,4 762,95 427,125 243,5 15 10080,15 3698,275 1548,375 681,975 60 83253940 2348837 247262,5 33019,1 20 45701,7 12022,68 4080,6 1430,375 65 1,56E+08 3714664 341551,2 42300,55 25 178994,9 31065,93 8925 2632,85 70 2,88E+08 5472673 463163,7 53212,33 30 574507,9 71078,23 17133,35 4368,775 75 5,07E+08 8192267 622493,6 65958,73 35 1630869 154019,6 30304,35 6798,2 80 8,84E+08 11491946 805424,6 80744,53 40 4140749 295232,4 51080,35 9851,625 85 1,43E+09 16430697 1043164 97872,98 45 9376882 524696,7 78721,2 14041,75 90 2,40E+09 23090156 1329069 118094,6 50 20969116 904203,9 119682,7 19218,8 95 3,95E+09 31106591 1693379 139579,8 55 42391736 1494709 177555,5 25593,28 100 6,07E+09 42559745 2086415 164390,6 Òàáëèöà 1. ×èñëî ýëåìåíòàðíûõ îïåðàöèé � n n 30 50 70 90 30 50 70 90 10 0,0001 0,0001 0 0 15 0,0009 0,0003 0,0001 0,0001 60 6,3743 0,1672 0,018 0,0025 20 0,0037 0,001 0,0003 0,0001 65 12,1251 0,2654 0,0242 0,0031 25 0,0143 0,0024 0,0007 0,0002 70 22,4983 0,3925 0,0335 0,0039 30 0,0446 0,0054 0,0013 0,0004 75 39,7976 0,5887 0,0447 0,005 35 0,1223 0,0115 0,0022 0,0005 80 69,9057 0,8336 0,0576 0,0061 40 0,3086 0,0218 0,0037 0,0008 85 114,1993 1,207 0,0747 0,0072 45 0,698 0,0385 0,0056 0,0011 90 193,376 1,693 0,0942 0,0087 50 1,5917 0,0655 0,0087 0,0014 95 318,4027 2,2879 0,1191 0,0102 55 3,2247 0,1068 0,0128 0,0019 100 488,7817 3,1361 0,1474 0,0122 Òàáëèöà 2. Âðåìÿ ïåðå÷èñëåíèÿ ÌÍÌ (ñ) äåëàåò n �1 ïðîõîä, òî îáùåå ÷èñëî ïóòåé, ïîñòðîåííîå ïðîöåäóðîé, íå ïðåâûñèò âåëè÷èíû � � n4.  ñëó÷àå ïðîèçâîëüíîãî ãðàôà, íå ñîäåðæàùåãî ðàçäåëÿþùèõ âåðøèí, ýêñïîíåíöèàëüíî óñòàíîâëåíî, ÷òî åñëè ãðàô—ñâÿçíûé, òî ïðè = 0,5 è n �125 ïðîöåäóðà ñòðîèò ÌÍÌ çà ïîëèíîìèàëüíîå âðåìÿ. Îäíàêî ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ ïëîòíîñòåé äëÿ ýòîãî òðåáóåòñÿ ïàìÿòü, ïðîïîðöèîíàëü- íàÿ n6. Ýòî îáóñëîâëåíî òåì, ÷òî íå âñå ïóòè, ïîñòðîåííûå ïðîöåäóðîé, â êîíå÷íîì ñ÷åòå ïðèâîäÿò ê ïîñòðîåíèþ ÌÍÌ, ò.å. áóäåò ïîñòðîåíî äîñòà- òî÷íî áîëüøîå ÷èñëî ëèøíèõ ïóòåé. Ïðè ýòîì ÷èñëî ÌÍÌ íå ïðåâûøàåò çíà÷åíèÿ � (ñì. òàáë. 4). Ïî âñåé âèäèìîñòè, ïðè < 0,01 è äîñòàòî÷íî áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ n îáëàñòü íåîáõîäèìîé ïàìÿòè ìîæåò ýêñïîíåí- öèàëüíî âîçðàñòàòü. Ñ.Â. Ëèñòðîâîé, À.Â. Ñèäîðåíêî, Å.Ñ. Ëèñòðîâàÿ 14 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 4 n 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 30 35 40 45 50 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 12 16 1 21 1 26 � 0 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 15 18 20 23 25 � 3 4 5 7 9 12 16 21 28 37 49 65 86 114 151 200 265 351 465 4410 17991 73396 299426 1221537 � 256 625 1296 2401 4096 6561 10000 14641 20736 28561 38416 50625 65536 83521 104976 130321 160000 194481 234256 810000 1500625 2560000 4100625 6256000 Ïðèìå÷àíèå: íàä ÷åðòîé óêàçàíû õàðàêòåðèñòèêè äëÿ ÷åòíûõ çíà÷åíèé n, ïîä ÷åðòîé — äëÿ íå÷åòíûõ çíà÷åíèé n. Òàáëèöà 5. Õàðàêòåðèñòèêè ãðàôà öåïè íà n âåðøèíàõ n n 30 50 70 90 30 50 70 90 10 13,075 11,45 9,075 4,75 15 37,475 27,075 18,95 10,225 60 14723,95 1921,175 452,4 133,225 20 94,3 53,55 33,6 16,975 65 23712,18 2614,375 560,8 153,225 25 214,025 100,125 52,125 26,4 70 37289,55 3520,8 692,25 174,8 30 451,625 167,775 79,475 37,2 75 58063,05 4650,65 838,775 198,4 35 896,95 278,425 113,475 48,75 80 86997 6101,85 1016,375 220,8 40 1667,925 433,675 158,375 63,1 85 128568,5 7886,65 1213,825 247 45 3066,55 651,8 209,725 78,05 90 187178,1 10193,03 1431,7 276,875 50 5327,325 960,625 276,4 95,375 95 273065,9 12855,2 1693,275 304,25 55 9131,375 1358,725 357,075 114,075 100 385555,9 16020,8 1980,95 336,075 Òàáëèöà 4. ×èñëî ÌÍÌ � ( )G Õàðàêòåðèñòèêè ãðàôà (1) íà ÷åòíûõ è íå÷åòíûõ âåðøèíàõ n ïðåäñòàâ- ëåíû â òàáë. 5, èç êîòîðîé âèäíî, ÷òî äëÿ ÷åòíûõ çíà÷åíèé n ñïðàâåäëèâû ñîîòíîøåíèÿ � 0 2� n / è � n /2 1, à äëÿ íå÷åòíûõ — ýòè ñîîòíîøåíèÿ èìåþò âèä � 0 1 2� ( ) /n , �1 è ñïðàâåäëèâû ïðè n � 4. Âûâîäû Ïðåäëîæåííàÿ ïðîöåäóðà ïðè ÷èñëå âåðøèí â ãðàôå, íå ïðåâûøàþùåì 125, ïîçâîëÿåò ïåðå÷èñëÿòü ÌÍÌ çà ïîëèíîìèàëüíîå âðåìÿ, à ïðè äîñ- òàòî÷íî áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ n è ìàëûõ ïëîòíîñòÿõ ãðàôîâ èìååò ýêñïîíåí- öèàëüíóþ ñëîæíîñòü. Äàííàÿ ïðîöåäóðà ðàáîòàåò áîëåå ýôôåêòèâíî, ÷åì ïðîöåäóðû, îñíîâàííûå íà àëãîðèòìå Áðîíà—Êåðáîøà, òàê êàê ïðîäó- öèðóåò ñóùåñòâåííî ìåíüøå âñïîìîãàòåëüíûõ ìíîæåñòâ äëÿ ïîñòðîåíèÿ ÌÍÌ.  àëãîðèòìå Áðîíà—Êåðáîøà ôàêòè÷åñêè ïåðå÷èñëÿþòñÿ ïî÷òè âñå íåçàâèñèìûå ìíîæåñòâà âåðøèí, ÷èñëî êîòîðûõ, åñòåñòâåííî, ýêñïî- íåíöèàëüíî áîëüøîå. Îïèñàííûé àëãîðèòì îñíîâàí íà òîì, ÷òî âñÿêàÿ êëèêà â ãðàôå ÿâ- ëÿåòñÿ åãî ìàêñèìàëüíûì ïî âêëþ÷åíèþ ïîëíûì ïîäãðàôîì. Íà÷èíàÿ ñ îäèíî÷íîé âåðøèíû (îáðàçóþùåé ïîëíûé ïîäãðàô), íà êàæäîì øàãå àë- ãîðèòìà ïðîèñõîäèò óâåëè÷åíèå óæå ïîñòðîåííîãî ïîëíîãî ïîäãðàôà â ðåçóëüòàòå äîáàâëåíèÿ â íåãî âåðøèíû èç ìíîæåñòâà êàíäèäàòîâ. Êàê ñëåäóåò èç òàáë. 2 è 3, çàäà÷à ïåðå÷èñëåíèÿ ÌÍÌ ïðè ÷èñëå âåðøèí â ãðàôå, íå ïðåâûøàþùåì 100, ìîæåò áûòü ðåøåíà â ìàñøòàáå ðåàëüíîãî âðåìåíè, ÷òî âàæíî äëÿ ñîâðåìåííûõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ, èñïîëüçóåìûõ â ðàñïðåäåëåííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñèñòåìàõ. ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ 1. Merrifield R.E., Simmons H.E. Topological methods in chemistry. N.Y.: John Wiley & Sons, 1989. 2. Hosoya H. Topological index. A newly proposed quantity characterizing the topological na- ture of structural isomers of saturated hydrocarbons // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1971, 44 (9), ð. 2332—2339. 3. Miller R.E., Muller D.E. The problem of maximum consistent subsets — IBM Research Re- port RC-240. 1960. J.T.Watson Research Center, Yorktown Heights, N.Y. Moon J.W., Moser L. On cliques in graphs // Israel J. Math. 1965, vol. 3, p. 23—28. 4. Watson T. Research Center, Yorktown Heights, N.Y. Moon J.W., Moser L. On cliques in graphs // Israel J. Math. 1965, vol. 3, p. 23—28. 5. Harley E., Bonner A., Goodman N. Uniform integration of genome mapping data using in- tersection graphs // Bioinformatics, 2001, vol. 17, p. 487—494. 6. Moon J. W., Moser L. On cliques in graphs // Israel J. Math, 1965, vol. 3, p. 23—28. 7. Tomita E., Tanaka A., Takahashi H. The worst-case time complexity for generating all maxi- mal cliques and computational experiments // Theoretical Computer Science, 2006, vol. 363, p. 28—42. Ìåòîä ïåðå÷èñëåíèÿ ìàêñèìàëüíûõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â íåîðèåíòèðîâàííûõ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 4 15 8. Prodinger H., Tichy R.F. Fibonacci numbers of graphs // Fibonacci Quart, 1982, 20 (1), p. 16—21. 9. Listrovoy S.V., Minukhin S.V. General Approach to Solving Optimization Problems in Dis- tributed Cjmputing Sysntems and Theory of Intelligence Systems Construction // Journal of automation and information sciences, 2010, vol. 42, N 3, p. 30—46 10. Ëèñòðîâîé Ñ.Â., Ìèíóõèí Ñ.Â. Îáùèé ïîäõîä ê ðåøåíèþ çàäà÷ îïòèìèçàöèè â ðàñïðå- äåëåííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñèñòåìàõ è òåîðèè ïîñòðîåíèÿ èíòåëëåêòóàëüíûõ ñèñòåì // Ïðîáëåìû óïðàâëåíèÿ è èíôîðìàòèêà, 2010, ¹2, c. 65—82. 11. Ëèñòðîâîé Ñ.Â. Ìåòîä ïåðå÷èñëåííÿ ìàêñèìàëüíèõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â ïðîèç- âîëüíûõ íåîðèåíòèðîâàííûõ ãðàôàõ // Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå, 2014, 36, ¹ 1, c. 3—17. 12. Listrovoy S.V., Listrovaya E.S., Panchenko S.V., Moiseenko V.I., Kamenev A.U. Mathemati- cal models in computer control systems RAILWAYS and parallel computing. Kharkiv: FOP Brovin O., 2017, 300 p. Ïîñòóïèëà 09.03.17; ïîñëå äîðàáîòêè 15.06.17 REFERENCES 1. Merrifield, R.E. and Simmons, H.E. (1989), Topological methods in chemistry, New York, John Wiley & Sons, USA. 2. Hosoya, H. (1971),Topological index. A newly proposed quantity characterizing the topolo- gical nature of structural isomers of saturated hydrocarbons, Bull. Chem. Soc. Jpn., Vol. 44, no. 9, pp. 2332-2339. 3. Miller, R.E. and Muller, D.E. (1960), The problem of the maximum consistent subsets, IBM Research Report RC-240, J. T. Watson Research Center, Yorktown Heights, New York, USA. Moon J.W., Moser L. On cliques in graphs, Israel J. Math.,Vol. 3, p. 23-28. 4. Watson J.T. Research Center, Yorktown Heights, N.Y. Moon J.W., Moser L. On cliques in graphs, Israel J. Math. Vol. 3, p. 23-28. 5. Harley, E., Bonner, A. and Goodman, N. (2001), Uniform integration of genome mapping data using intersection graphs, Bioinformatics, Vol. 17, pp. 487-494. 6. Moon, J.W. and Moser, L. (1965), On cliques in graphs, Israel J. Math., Vol. 3, pp. 23-28. 7. Tomita, E., Tanaka, A. and Takahashi, H. (2006), The worst-case time complexity for gene- rating all maximal cliques and computational experiments, Theoretical Computer Science, Vol. 363, pp. 28-42. 8. Prodinger, H. and Tichy, R.F. (1982), Fibonacci numbers of graphs, Fibonacci Quart, Vol. 20, no. 1, pp.16-21. 9. Listrovoy, S.V. and Minukhin, S.V. (2010), General approach to solving optimization prob- lems in distributed computing systems and theory of intelligence systems construction, Jour- nal of automation and information sciences, Vol. 42, no. 3, pp. 30-46. 10. Listrovoy, S.V. and Minukhin, S.V. (2010), “A general approach to the solution of optimi- zation problems in distributed computing systems and the theory of constructing intellectual systems”, Problemy upravleniya i informatika, no. 2, pp.65-82. 11. Listrovoy, S.V. (2014), “The method of enumeration of maximal independent sets in arbi- trary non-oriented graphs”, Elektronnoe modelirovanie, Vol. 36, no. 1, pp. 3-17. 12. Listrovoy, S.V., Listrovaya, E.S., Panchenko, S.V., Moiseenko, V.I. and Kamenev, A.U. (2017), Mathematical models in computer control systems RAILWAYS and parallel com- puting: Monograph, FOP Brovin O., Kharkiv, Ukraine. Received 09.03.17; after revision 15.06.17 Ñ.Â. Ëèñòðîâîé, À.Â. Ñèäîðåíêî, Å.Ñ. Ëèñòðîâàÿ 16 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 4 S.V. Listrovoy, A.V. Sidorenko, E.S. Listrovaya METHOD OF ENUMERATION OF MAXIMUM INDEPENDENT SETS IN NONORIENTED GRAPHS Based on the rank approach the authors propose a method of enumeration of maximum indepen- dent sets of nonoriented connected graph with time complexity that does not exceed, at an average, O (n6), where n is the number of vertices in the graph, for the graphs which do not contain separa- ting vertices, which dimension does not exceed n=125. K e y w o r d s: maximal independent set, click, vertex cover. ËÈÑÒÐÎÂÎÉ Ñåðãåé Âëàäèìèðîâè÷, ä-ð òåõí. íàóê, ïðîôåññîð Óêðàèíñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà æåëåçíîäîðîæíîãî òðàíñïîðòà (ã. Õàðüêîâ).  1972 ã. îêîí÷èë Õàðüêîâñêîå âûñøåå âîåííîå êîìàíäíî-èíæåíåðíîå ó÷èëèùå. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — çàäà÷è äèñêðåòíîé îïòèìèçàöèè è òåîðèè ãðàôîâ è èõ ïðèëîæåíèÿ ê àíàëèçó âû÷èñëèòåëüíûõ ñèñòåì è ñåòåé. ÑÈÄÎÐÅÍÊÎ Àíäðåé Âëàäèìèðîâè÷, âåä. èíæåíåð-ïðîãðàììèñò ôèðìû Samsung Electronics Ukraine Company, LLC Samsung R&D Institute Ukraine (ã. Êèåâ).  2001 ã. îêîí÷èë Õàðüêîâñêèé âîåííûé óíèâåðñèòåò. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — çàäà÷è äèñêðåòíîé îïòèìèçàöèè è òåîðèè ãðàôîâ è èõ ïðèëîæåíèÿ ê àíàëèçó âû÷èñëèòåëüíûõ ñèñòåì è ñåòåé. ËÈÑÒÐÎÂÀß Åëåíà Ñåðãååâíà, êàíä. òåõí. íàóê, äîöåíò êàôåäðû ýêîíîìèêè è ìàðêåòèíãà Íàöèîíàëüíîãî àýðîêîñìè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà èì. Í.Å. Æóêîâñêîãî (ã. Õàðüêîâ), êîòîðûé îêîí÷èëà â 1998 ã. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — ïðèìåíåíèå èíôîðìàöèîííûõ ñèñòåì â ýêîíîìè÷åñêîé ñôåðå äåÿòåëüíîñòè. Ìåòîä ïåðå÷èñëåíèÿ ìàêñèìàëüíûõ íåçàâèñèìûõ ìíîæåñòâ â íåîðèåíòèðîâàííûõ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 4 17
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-127632
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0204-3572
language Russian
last_indexed 2025-12-07T13:29:37Z
publishDate 2017
publisher Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
record_format dspace
spelling Листровой, С.В.
Сидоренко, А.В.
Листровая, Е.С.
2017-12-24T11:14:28Z
2017-12-24T11:14:28Z
2017
Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах / С.В. Листровой, А.В. Сидоренко, Е.С. Листровая // Электронное моделирование. — 2017. — Т. 39, № 4. — С. 3-17. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
0204-3572
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127632
519.682.1
На основе рангового подхода предложен метод перечисления максимальных независимых множеств неориентированного связного графа с временной сложностью, в среднем не превышающей O (n⁶), где n — число вершин в графе, для графов, не содержащих разделяющих вершин, размерность которых не превышает n = 125.
На основі рангового підходу запропоновано метод перерахування максимальних незалежних множин неорієнтованого зв’язного графа з часовою складністю, що в середньому не перевищує O (n⁶), де n — число вершин у графі, для графів, що не мають розділяючих вершин, розмір яких не перевищує n = 125.
Based on the rank approach the authors propose a method of enumeration of maximum independent sets of nonoriented connected graph with time complexity that does not exceed, at an average, O (n⁶), where n is the number of vertices in the graph, for the graphs which do not contain separating vertices, which dimension does not exceed n=125.
ru
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
Электронное моделирование
Математическое моделирование и вычислительные методы
Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах
Method of enumeration of maximum independent sets in nonoriented graphs
Article
published earlier
spellingShingle Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах
Листровой, С.В.
Сидоренко, А.В.
Листровая, Е.С.
Математическое моделирование и вычислительные методы
title Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах
title_alt Method of enumeration of maximum independent sets in nonoriented graphs
title_full Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах
title_fullStr Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах
title_full_unstemmed Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах
title_short Метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах
title_sort метод перечисления максимальных независимых множеств в неориентированных графах
topic Математическое моделирование и вычислительные методы
topic_facet Математическое моделирование и вычислительные методы
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127632
work_keys_str_mv AT listrovoisv metodperečisleniâmaksimalʹnyhnezavisimyhmnožestvvneorientirovannyhgrafah
AT sidorenkoav metodperečisleniâmaksimalʹnyhnezavisimyhmnožestvvneorientirovannyhgrafah
AT listrovaâes metodperečisleniâmaksimalʹnyhnezavisimyhmnožestvvneorientirovannyhgrafah
AT listrovoisv methodofenumerationofmaximumindependentsetsinnonorientedgraphs
AT sidorenkoav methodofenumerationofmaximumindependentsetsinnonorientedgraphs
AT listrovaâes methodofenumerationofmaximumindependentsetsinnonorientedgraphs