The BEST theorem, due to de Bruijn, van Aardenne-Ehrenfest, Smith, and Tutte, is a classical tool from graph theory that links the Eulerian trails in a directed graph $G=(V,E)$ with the arborescences in $G$. In particular, one can use the BEST theorem to count the Eulerian trails in $G$ in polynomial time. For enumerating the Eulerian trails in $G$, one could naturally resort to first enumerating the arborescences in $G$ and then exploiting the insight of the BEST theorem to enumerate the Eulerian trails in $G$: every arborescence in $G$ corresponds to at least one Eulerian trail in $G$. For over two decades, the fastest algorithm for enumerating arborescences in $G$ took $O(m\log n + n + z_A \log^2 n)$ time, where $n=|V|$, $m=|E|$, and $z_A$ is the number of arborescences in $G$ [Uno, ISAAC 1998]. Since Uno's algorithm does not lead to an optimal enumeration of Eulerian trails in directed graphs, we were motivated to develop a direct algorithm for this problem. Our central contribution is a remarkably simple algorithm to directly enumerate the $z_T$ Eulerian trails in $G$ in the optimal $O(m + z_T)$ time. As a consequence, our result improves on an implementation of the BEST theorem for counting Eulerian trails in $G$ when $z_T=o(n^2)$, and also unconditionally improves the combinatorial $O(m\cdot z_T)$-time algorithm of Conte et al. [FCT 2021] for the same task. Moreover, we show that, with some care, our algorithm can be extended to enumerate Eulerian trails in directed multigraphs in optimal time, enabling applications in bioinformatics and data privacy.


翻译:BEST定理(由de Bruijn、van Aardenne-Ehrenfest、Smith和Tutte提出)是图论中的经典工具,它将有向图$G=(V,E)$中的欧拉迹与$G$中的树形图联系起来。特别地,利用BEST定理可以在多项式时间内计算$G$中欧拉迹的数量。若要枚举$G$中的欧拉迹,自然可以先枚举$G$中的树形图,再借助BEST定理的洞见完成枚举:$G$中的每个树形图至少对应一条欧拉迹。二十多年来,枚举$G$中树形图的最快算法需要$O(m\log n + n + z_A \log^2 n)$时间,其中$n=|V|$,$m=|E|$,$z_A$为$G$中树形图的数量[Uno, ISAAC 1998]。由于Uno的算法未能实现有向图中欧拉迹的最优枚举,我们因此致力于为该问题设计直接算法。本文的核心贡献在于提出一种极为简洁的算法,能以最优的$O(m + z_T)$时间直接枚举$G$中的$z_T$条欧拉迹。这一结果改进了当$z_T=o(n^2)$时利用BEST定理计算$G$中欧拉迹数量的实现方案,并无条件地超越了Conte等人[FCT 2021]针对同一任务提出的$O(m\cdot z_T)$时间组合算法。此外,我们证明经过适当处理,该算法可扩展至有向多重图中欧拉迹的最优时间枚举,从而在生物信息学与数据隐私领域获得应用。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学和计算机科学之中,算法(Algorithm)为一个计算的具体步骤,常用于计算、数据处理和自动推理。精确而言,算法是一个表示为有限长列表的有效方法。算法应包含清晰定义的指令用于计算函数。 来自维基百科: 算法
《利用近端策略优化估计最佳飞行轨迹》最新140页
专知会员服务
22+阅读 · 2024年11月14日
【干货书】图论导论,An introduction to graph theory,422页pdf
专知会员服务
37+阅读 · 2023年8月23日
【2022新书】谱图理论,Spectral Graph Theory,100页pdf
专知会员服务
76+阅读 · 2022年4月15日
新书介绍 | 图算法指南,A Guide to Graph Algorithms
专知会员服务
57+阅读 · 2022年3月2日
【干货书】分数图论:对图论的一种理性的探讨,167页pdf
专知会员服务
26+阅读 · 2021年4月13日
最新《图理论》笔记书,98页pdf
专知会员服务
76+阅读 · 2020年12月27日
最新《图理论》笔记书,98页pdf
专知
51+阅读 · 2020年12月27日
“推荐系统”加上“图神经网络”
机器学习与推荐算法
12+阅读 · 2020年3月23日
图分类:结合胶囊网络Capsule和图卷积GCN(附代码)
中国人工智能学会
36+阅读 · 2019年2月26日
图神经网络最近这么火,不妨看看我们精选的这七篇
人工智能前沿讲习班
37+阅读 · 2018年12月10日
针对初学者的图论速成
论智
11+阅读 · 2018年6月7日
图上的归纳表示学习
科技创新与创业
23+阅读 · 2017年11月9日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 6月6日
VIP会员
最新内容
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:08
美空军如何将人工智能从战场部署至后方机关
专知会员服务
11+阅读 · 7月31日
《史诗怒火行动:多域前瞻评估》49页报告
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
《英国防部:未来空战系统数字化战略》33页
专知会员服务
5+阅读 · 7月31日
《面向自主飞行网络的智能体人工智能架构》
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
“史诗怒火”行动:现代多域作战的重要节点
专知会员服务
8+阅读 · 7月30日
《下一代无线网络中的多无人机通信资源管理》
相关资讯
最新《图理论》笔记书,98页pdf
专知
51+阅读 · 2020年12月27日
“推荐系统”加上“图神经网络”
机器学习与推荐算法
12+阅读 · 2020年3月23日
图分类:结合胶囊网络Capsule和图卷积GCN(附代码)
中国人工智能学会
36+阅读 · 2019年2月26日
图神经网络最近这么火,不妨看看我们精选的这七篇
人工智能前沿讲习班
37+阅读 · 2018年12月10日
针对初学者的图论速成
论智
11+阅读 · 2018年6月7日
图上的归纳表示学习
科技创新与创业
23+阅读 · 2017年11月9日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员