Linear arrangements of graphs are a well-known type of graph labeling and are found in many important computational problems, such as the Minimum Linear Arrangement Problem ($\texttt{minLA}$). A linear arrangement is usually defined as a permutation of the $n$ vertices of a graph. An intuitive geometric setting is that of vertices lying on consecutive integer positions in the real line, starting at 1; edges are often drawn as semicircles above the real line. In this paper we study the Maximum Linear Arrangement problem ($\texttt{MaxLA}$), the maximization variant of $\texttt{minLA}$. We devise a new characterization of maximum arrangements of general graphs, and prove that $\texttt{MaxLA}$ can be solved for cycle graphs in constant time, and for $k$-linear trees ($k\le2$) in time $O(n)$. We present two constrained variants of $\texttt{MaxLA}$ we call $\texttt{bipartite MaxLA}$ and $\texttt{1-thistle MaxLA}$. We prove that the former can be solved in time $O(n)$ for any bipartite graph; the latter, by an algorithm that typically runs in time $O(n^4)$ on unlabelled trees. The combination of the two variants has two promising characteristics. First, it solves $\texttt{MaxLA}$ for almost all trees consisting of a few tenths of nodes. Second, we prove that it constitutes a $3/2$-approximation algorithm for $\texttt{MaxLA}$ for trees. Furthermore, we conjecture that $\texttt{bipartite MaxLA}$ solves $\texttt{MaxLA}$ for at least $50\%$ of all free trees.


翻译:图的线性排列是一类著名的图标记方式,出现在许多重要计算问题中,例如最小线性排列问题($\texttt{minLA}$)。线性排列通常定义为图$n$个顶点的一个排列。其直观几何设置是顶点位于实数轴上从1开始的连续整数位置,边通常绘制为实数轴上方的半圆。本文研究最大线性排列问题($\texttt{MaxLA}$),即$\texttt{minLA}$的最大化变体。我们提出了通用图最大排列的新刻画,并证明了$\texttt{MaxLA}$可在常数时间内解决循环图问题,在$O(n)$时间内解决$k$线性树($k\le2$)问题。我们引入$\texttt{MaxLA}$的两个约束变体,分别称为二分最大线性排列问题($\texttt{bipartite MaxLA}$)和1蓟马最大线性排列问题($\texttt{1-thistle MaxLA}$)。我们证明前者可在$O(n)$时间内解决任意二分图问题;后者则可通过一种典型运行时间为$O(n^4)$的算法处理无标号树。这两个变体的结合具有两个显著特征:首先,它几乎能解决所有包含几十个节点的树的$\texttt{MaxLA}$问题;其次,我们证明它构成树$\texttt{MaxLA}$问题的$3/2$近似算法。此外,我们推测$\texttt{bipartite MaxLA}$至少能解决$50\%$自由树的$\texttt{MaxLA}$问题。

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