In the parameterized $k$-clique problem, or $k$-Clique for short, we are given a graph $G$ and a parameter $k\ge 1$. The goal is to decide whether there exist $k$ vertices in $G$ that induce a complete subgraph (i.e., a $k$-clique). This problem plays a central role in the theory of parameterized intractability as one of the first W[1]-complete problems. Existing research has shown that even an FPT-approximation algorithm for $k$-Clique with arbitrary ratio does not exist, assuming the Gap-Exponential-Time Hypothesis (Gap-ETH) [Chalermsook et al., FOCS'17 and SICOMP]. However, whether this inapproximability result can be based on the standard assumption of $\mathrm{W} 1\ne \mathrm{FPT}$ remains unclear. The recent breakthrough of Bingkai Lin [STOC'21] and subsequent works by Karthik C.S. and Khot [CCC'22], and by Lin, Ren, Sun Wang [ICALP'22] give a technique that bypasses Gap-ETH, thus leading to the inapproximability ratio of $O(1)$ and $k^{o(1)}$ under $\mathrm{W}[1]$-hardness (the first two) and ETH (for the latter one). All the work along this line follows the framework developed by Lin, which starts from the $k$-vector-sum problem and requires some involved algebraic techniques. This paper presents an alternative framework for proving the W[1]-hardness of the $k^{o(1)}$-FPT-inapproximability of $k$-Clique. Using this framework, we obtain a gap-producing self-reduction of $k$-Clique without any intermediate algebraic problem. More precisely, we reduce from $(k,k-1)$-Gap Clique to $(q^k, q^{k-1})$-Gap Clique, for any function $q$ depending only on the parameter $k$, thus implying the $k^{o(1)}$-inapproximability result when $q$ is sufficiently large. Our proof is relatively simple and mostly combinatorial. At the core of our construction is a novel encoding of $k$-element subset stemming from the theory of "network coding" and a "Sidon set" representation of a graph.


翻译:在参数化$k$-团问题(简称$k$-Clique)中,给定一个图$G$和一个参数$k\ge 1$,目标是判定$G$中是否存在$k$个顶点诱导出一个完全子图(即一个$k$-团)。该问题作为首个W[1]-完全问题之一,在参数化难解性理论中占据核心地位。已有研究表明,即使存在任意近似比的FPT-近似算法用于$k$-Clique也是不可能的,前提是假设间隙指数时间假说(Gap-ETH)[Chalermsook et al., FOCS'17 and SICOMP]。然而,这一不可近似性结果能否基于$\mathrm{W} 1\ne \mathrm{FPT}$的标准假设仍不明确。Bingkai Lin [STOC'21] 的近期突破性工作,以及随后Karthik C.S.和Khot [CCC'22]、Lin, Ren, Sun Wang [ICALP'22]的研究,提出了一种绕过Gap-ETH的技术,从而在$\mathrm{W}[1]$-困难性(前两项工作)和ETH(后一项工作)假设下,分别导出了$O(1)$和$k^{o(1)}$的不可近似比。沿此方向的所有工作都遵循Lin开发的框架,该框架从$k$-向量和问题出发,并需要一些复杂的代数技术。本文提出了一个替代性框架,用于证明$k$-Clique的$k^{o(1)}$-FPT不可近似性的W[1]-困难性。利用该框架,我们获得了一个无需任何中间代数问题的、能产生间隙的$k$-Clique自归约。更精确地说,对于任何仅依赖于参数$k$的函数$q$,我们将$(k,k-1)$-间隙团问题归约到$(q^k, q^{k-1})$-间隙团问题,从而当$q$足够大时,意味着$k^{o(1)}$的不可近似性结果。我们的证明相对简单且主要是组合式的。我们构造的核心是一种新颖的$k$元子集编码方法,该方法源于“网络编码”理论和图的“Sidon集”表示。

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