In this paper we study the Spanning Tree Congestion problem, where we are given a graph $G=(V,E)$ and are asked to find a spanning tree $T$ of minimum maximum congestion. Here, the congestion of an edge $e\in T$ is the number of edges $uv\in E$ such that the (unique) path from $u$ to $v$ in $T$ traverses $e$. We consider this well-studied NP-hard problem from the point of view of (structural) parameterized complexity and obtain the following results. We resolve a natural open problem by showing that Spanning Tree Congestion is not FPT parameterized by treewidth (under standard assumptions). More strongly, we present a generic reduction which applies to (almost) any parameter of the form ``vertex-deletion distance to class $\mathcal{C}$'', thus obtaining W[1]-hardness for parameters more restricted than treewidth, including tree-depth plus feedback vertex set, or incomparable to treewidth, such as twin cover. Via a slight tweak of the same reduction we also show that the problem is NP-complete on graphs of modular-width $4$. Even though it is known that Spanning Tree Congestion remains NP-hard on instances with only one vertex of unbounded degree, it is currently open whether the problem remains hard on bounded-degree graphs. We resolve this question by showing NP-hardness on graphs of maximum degree 8. Complementing the problem's W[1]-hardness for treewidth...


翻译:本文研究生成树拥塞问题:给定图$G=(V,E)$,需寻找最大拥塞值最小的生成树$T$。其中边$e\in T$的拥塞定义为满足$uv\in E$且$T$中$u$到$v$的唯一路径经过$e$的边数。我们从(结构)参数化复杂度视角研究这一经典NP难问题,获得以下结果:通过证明生成树拥塞问题在树宽参数化下不属于FPT类(基于标准假设),解决了该领域自然存在的开放问题;进一步提出通用归约方法,适用于几乎所有“到类$\mathcal{C}$的顶点删除距离”形式参数,从而证明该问题对于比树宽更严格的参数(如树深加反馈顶点集)及与树宽不可比参数(如双子覆盖)均具有W[1]难度;通过微调该归约,证明模宽为$4$的图类上该问题保持NP完全性。尽管已知生成树拥塞在仅含一个无界度顶点的实例中仍为NP难问题,其在有界度图上的复杂性尚不明确。本文通过证明该问题在最大度为$8$的图上具有NP难度解决了这一疑问。作为树宽参数化W[1]难度的补充研究...

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