A guide book for the traveller on graphs full of blockages - Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique Access content directly
Theses Year : 2019

A guide book for the traveller on graphs full of blockages

Algorithmes pour voyager sur un graphe contenant des blocages

Pierre Bergé

Abstract

We study NP-hard problems on graphs with blockages seen as models of networks which are exposed to risk of failures.We treat cut problems via the parameterized complexity framework. The cutset size p is taken as a parameter. Given a set of sources {s1,...,sk} and a target t, we propose an algorithm which builds a small edge cut of size p separating at least r sources from t. This NP-complete problem is called Partial One-Target Cut. It belongs to the family of multiterminal cut problems. Our algorithm is fixed-parameter tractable (FPT) as its execution takes 2^{O(p^2)}n^{O(1)}. We prove that the vertex version of this problem, which imposes cuts to contain vertices instead of edges, is W[1]-hard. Then, we design an FPT algorithm which counts the minimum vertex (S,T)-cuts of an undirected graph in time 2^{O(plog p)}n^{O(1)}. We provide numerous results on the competitive ratio of both deterministic and randomized strategies for the Canadian Traveller Problem. The optimal ratio obtained for the deterministic strategies on general graphs is 2k+1, where k is a given upper bound on the number of blockages. We show that randomized strategies which do not use memory cannot improve the bound 2k+1. In addition, we discuss the tightness of lower bounds on the competitiveness of randomized strategies. The distance competitive ratio for a group of travellers possibly equipped with telecommunication devices is studied. Eventually, a strategy dedicated to equal-weight chordal graphs is proposed while another one is built for graphs with small maximum (s,t)-cuts. Both strategies outperform the ratio 2k+1.
Nous étudions des problèmes NP-difficiles portant sur les graphes contenant des blocages.Nous traitons les problèmes de coupes du point de vue de la complexité paramétrée. La taille p de la coupe est le paramètre. Étant donné un ensemble de sources {s1,...,sk} et une cible t, nous proposons un algorithme qui construit une coupe de taille au plus p séparant au moins r sources de t. Nous nommons ce problème NP-complet Partial One-Target Cut. Notre algorithme est FPT. Nous prouvons également que la variante de Partial One-Target Cut, où la coupe est composée de noeuds, est W[1]-difficile. Notre seconde contribution est la construction d'un algorithme qui compte les coupes minimums entre deux ensembles S et T en temps 2^{O(plog p)}n^{O(1)}.Nous présentons ensuite plusieurs résultats sur le ratio de compétitivité des stratégies déterministes et randomisées pour le problème du voyageur canadien.Nous prouvons que les stratégies randomisées n'utilisant pas de mémoire ne peuvent pas améliorer le ratio 2k+1. Nous apportons également des éléments concernant les bornes inférieures de compétitivité de l'ensemble des stratégies randomisées. Puis, nous étudions la compétitivité en distance d'un groupe de voyageurs avec et sans communication. Enfin, nous nous penchons sur la compétitivité des stratégies déterministes pour certaines familles de graphes. Deux stratégies, avec un ratio inférieur à 2k+1 sont proposées: une pour les graphes cordaux avec poids uniformes et l'autre pour les graphes où la taille de la plus grande coupe minimale séparant s et t est au plus k.
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tel-02887092 , version 1 (02-07-2020)

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  • HAL Id : tel-02887092 , version 1

Cite

Pierre Bergé. A guide book for the traveller on graphs full of blockages. Computational Complexity [cs.CC]. Université Paris Saclay (COmUE), 2019. English. ⟨NNT : 2019SACLS480⟩. ⟨tel-02887092⟩
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