We study the problem of finding a Hamiltonian cycle under the promise that the input graph has a minimum degree of at least $n/2$, where $n$ denotes the number of vertices in the graph. The classical theorem of Dirac states that such graphs (a.k.a. Dirac graphs) are Hamiltonian, i.e., contain a Hamiltonian cycle. Moreover, finding a Hamiltonian cycle in Dirac graphs can be done in polynomial time in the classical centralized model. This paper presents a randomized distributed CONGEST algorithm that finds w.h.p. a Hamiltonian cycle (as well as maximum matching) within $O(\log n)$ rounds under the promise that the input graph is a Dirac graph. This upper bound is in contrast to general graphs in which both the decision and search variants of Hamiltonicity require $\tilde{\Omega}(n^2)$ rounds, as shown by Bachrach et al. [PODC'19]. In addition, we consider two generalizations of Dirac graphs: Ore graphs and Rahman-Kaykobad graphs [IPL'05]. In Ore graphs, the sum of the degrees of every pair of non-adjacent vertices is at least $n$, and in Rahman-Kaykobad graphs, the sum of the degrees of every pair of non-adjacent vertices plus their distance is at least $n+1$. We show how our algorithm for Dirac graphs can be adapted to work for these more general families of graphs.


翻译:本文研究在输入图的最小度数至少为$n/2$(其中$n$表示图顶点数)的保证下寻找哈密顿环的问题。狄拉克经典定理指出,此类图(即Dirac图)是哈密顿图,即包含哈密顿环。此外,在经典集中式模型中,Dirac图中的哈密顿环可在多项式时间内找到。本文提出一种随机化分布式CONGEST算法,在输入图为Dirac图的保证下,可在$O(\log n)$轮内高概率找到哈密顿环(以及最大匹配)。这一上界与一般图形成对比——Bachrach等人[PODC'19]已证明,在一般图中,哈密顿性的判定与搜索变体均需要$\tilde{\Omega}(n^2)$轮。此外,我们考虑Dirac图的两种推广形式:Ore图和Rahman-Kaykobad图[IPL'05]。在Ore图中,每对非邻接顶点的度数之和至少为$n$;在Rahman-Kaykobad图中,每对非邻接顶点的度数之和与其距离之和至少为$n+1$。我们展示了如何将Dirac图算法适配至这些更广泛的图族。

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