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Independent and Dominating Sets

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

Independent and Dominating Sets

mercredi 11 février 2015

(2)

Why dominating or independent sets ?

mercredi 11 février 2015

(3)

Independent Sets

mercredi 11 février 2015

(4)

Independent Set

• Given a graph G=(V,E), an independent set is a subset of vertices, U,

such that no two nodes in U are neighbors in G.

mercredi 11 février 2015

(5)

Independent Set

• Given a graph G=(V,E), an independent set is a subset of vertices, U,

such that no two nodes in U are neighbors in G.

mercredi 11 février 2015

(6)

Maximal Independent Set (MIS)

• Given a graph G=(V,E), a MIS is a subset of

vertices, U, such that :

Independence: no two nodes in U are neighbors in G

Maximality: no vertex can be added to U without violating the independence

mercredi 11 février 2015

(7)

Maximal Independent Set (MIS)

• Given a graph G=(V,E), a MIS is a subset of

vertices, U, such that :

Independence: no two nodes in U are neighbors in G

Maximality: no vertex can be added to U without violating the independence

mercredi 11 février 2015

(8)

Maximal Independent Set (MIS)

• Given a graph G=(V,E), a MIS is a subset of

vertices, U, such that :

Independence: no two nodes in U are neighbors in G

Maximality: no vertex can be added to U without violating the independence

mercredi 11 février 2015

(9)

Maximal Independent Sets ?

mercredi 11 février 2015

(10)

Maximal Independent Sets ?

mercredi 11 février 2015

(11)

Maximal Independent Sets ?

mercredi 11 février 2015

(12)

Maximal Independent Sets ?

mercredi 11 février 2015

(13)

Maximal Independent Sets ?

mercredi 11 février 2015

(14)

MIS Implementation

mercredi 11 février 2015

(15)

Centralized MIS

1 2 12

5 7

6

9

8

3 10

11 13

mercredi 11 février 2015

(16)

Centralized MIS

1 2 12

5 7

6

9

8

3 10

11 13

Pick a node

mercredi 11 février 2015

(17)

Centralized MIS

1 2 12

5 7

6

9

8

3 10

11 13

Pick a node

mercredi 11 février 2015

(18)

Centralized MIS

1 2 12

5 7

6

9

8

3 10

11 13

Pick a node

mercredi 11 février 2015

(19)

Centralized MIS

1 2 12

5 7

6

9

8

3 10

11 13

mercredi 11 février 2015

(20)

Centralized MIS

1 12

5

8

3 10

11 13

Remove its

neighborhood from the network

mercredi 11 février 2015

(21)

Centralized MIS

1 12

5

8

3 10

11 13

mercredi 11 février 2015

(22)

Centralized MIS

1 12

5

8

3 10

11 13

Pick another node

mercredi 11 février 2015

(23)

Centralized MIS

1 12

5

8

3 10

11 13

mercredi 11 février 2015

(24)

Centralized MIS

1 12

5

8

3 10

11 13

mercredi 11 février 2015

(25)

Centralized MIS

1 12

5

8

3 10

11 13

mercredi 11 février 2015

(26)

Centralized MIS

1

5

3

11

Remove its

neighborhood from the network

mercredi 11 février 2015

(27)

Centralized MIS

1

5

3

11

mercredi 11 février 2015

(28)

Centralized MIS

1

5

3

11

Pick another node

mercredi 11 février 2015

(29)

Centralized MIS

1

5

3

11

mercredi 11 février 2015

(30)

Centralized MIS

1

5

3

11

mercredi 11 février 2015

(31)

Centralized MIS

1

5

3

11

mercredi 11 février 2015

(32)

1 2 12

5 7

6

9

8

3 10

11 13

Centralized MIS

1

5

3

11

mercredi 11 février 2015

(33)

1 2

5 7

6

9

Distributed MIS

1

5

mercredi 11 février 2015

(34)

1 2

5 7

6

9

Distributed MIS

1

5

mercredi 11 février 2015

(35)

Distributed MIS

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(36)

Distributed MIS

• Each node waits until neighbors with

greater «id» decide

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(37)

Distributed MIS

• Each node waits until neighbors with

greater «id» decide

1 2

5 7

6

9 1

5

Complexity ?

mercredi 11 février 2015

(38)

Distributed MIS

• Each node waits until neighbors with

greater «id» decide

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(39)

Distributed MIS

• Each node waits until neighbors with

greater «id» decide

1 2

5 7

6

9 1

5

Other ideas ?

mercredi 11 février 2015

(40)

Dominating Sets

mercredi 11 février 2015

(41)

Dominating Set

• Given a graph G=(V,E), a dominating set (DS) is a subset of vertices,

U, such that each node in V is either in U or

neighbor of a node in U.

mercredi 11 février 2015

(42)

Dominating Set

• Given a graph G=(V,E), a dominating set (DS) is a subset of vertices,

U, such that each node in V is either in U or

neighbor of a node in U.

mercredi 11 février 2015

(43)

Dominating Set

• Given a graph G=(V,E), a dominating set (DS) is a subset of vertices,

U, such that each node in V is either in U or

neighbor of a node in U.

mercredi 11 février 2015

(44)

Dominating Sets ?

mercredi 11 février 2015

(45)

Dominating Sets ?

mercredi 11 février 2015

(46)

DS Implementation

mercredi 11 février 2015

(47)

DS on Trees

mercredi 11 février 2015

(48)

DS on Trees

Mark leafs as L0

mercredi 11 février 2015

(49)

DS on Trees

mercredi 11 février 2015

(50)

DS on Trees

Mark first level L1

mercredi 11 février 2015

(51)

DS on Trees

Mark first level L1

mercredi 11 février 2015

(52)

DS on Trees

Mark first level L1

mercredi 11 février 2015

(53)

DS on Trees

Mark first level L1

mercredi 11 février 2015

(54)

DS on Trees

Mark first level L1

mercredi 11 février 2015

(55)

DS on Trees

mercredi 11 février 2015

(56)

DS on Trees

Mark second level L2

mercredi 11 février 2015

(57)

DS on Trees

mercredi 11 février 2015

(58)

DS on Trees

Choose nodes in L1 as DS members

mercredi 11 février 2015

(59)

DS on Trees

mercredi 11 février 2015

(60)

DS on Trees

Compute a MIS over the rest of the tree

mercredi 11 février 2015

(61)

DS on Trees

mercredi 11 février 2015

(62)

DS on Trees

Compute a MIS over the rest of the tree

mercredi 11 février 2015

(63)

1 2

5 7

6

9

Connected DS

1

5

mercredi 11 février 2015

(64)

1 2

5 7

6

9

Connected DS

1

5

mercredi 11 février 2015

(65)

1 2

5 7

6

9

Connected DS

1

5

mercredi 11 février 2015

(66)

1 2

5 7

6

9

Connected DS

1

5

mercredi 11 février 2015

(67)

1 2

5 7

6

9

Connected DS

1

5

RULE ?

mercredi 11 février 2015

(68)

Matching

mercredi 11 février 2015

(69)

Matching

• Given a graph G=(V,E), a matching is a subset of edges, M, such that no two edges in M are

adjacent in G.

mercredi 11 février 2015

(70)

Maximal Matching

mercredi 11 février 2015

(71)

Reductions

mercredi 11 février 2015

(72)

From Coloring to MIS

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(73)

From Coloring to MIS

• Start with a valid coloring

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(74)

From Coloring to MIS

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(75)

From Coloring to MIS

• Start with a valid coloring

• Assume a total order on colors

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(76)

From Coloring to MIS

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(77)

From Coloring to MIS

1 2

5 7

6

9 1

5

• Choose in MIS all nodes of first color

mercredi 11 février 2015

(78)

From Coloring to MIS

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(79)

From Coloring to MIS

• Choose in MIS all

nodes of second color if they have no

neighbors in MIS

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(80)

From Coloring to MIS

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(81)

From Coloring to MIS

• Repeat until no color left

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(82)

From Coloring to MIS

• Repeat until no color left

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(83)

From Coloring to MIS

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(84)

From Coloring to MIS

• MIS nodes in red

1 2

5 7

6

9 1

5

mercredi 11 février 2015

(85)

Theorem

Given a graph G and a coloring of G with f(G) colors in time T(G) it is possible to construct a MIS for G in time T(G)+f(G).

From Coloring to MIS

mercredi 11 février 2015

(86)

Corollary

There exists a deterministic MIS

algorithms for trees and bounded degree graphs with time complexity O(log * (n)).

From Coloring to MIS

mercredi 11 février 2015

(87)

Corollary

There exists a deterministic DS algorithms for trees with time complexity O(log * (n)).

From Coloring to DS

mercredi 11 février 2015

(88)

Theorem

Given a MIS on an oriented ring it is

possible to 3-color the ring in one round.

From MIS to Coloring

mercredi 11 février 2015

(89)

From MIS to Coloring

mercredi 11 février 2015

(90)

From MIS to Coloring

mercredi 11 février 2015

(91)

From MIS to Coloring

mercredi 11 février 2015

(92)

From MIS to Maximal Matching

mercredi 11 février 2015

(93)

From MIS to Maximal Matching

mercredi 11 février 2015

Références

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University of Science and Technology of China, Anhui, China; (c) Department of Physics, Nanjing University, Jiangsu, China; (d) School of Physics, Shandong University, Shandong,