The aim of the paper is to study and to solve finite systems of equations over finite undirected graphs. Equations over graphs are atomic formulas of the language L consisting of the set of constants (graph vertices), the binary vertex adjacency predicate and the equality predicate. It is proved that the problem of checking compatibility of a system of equations S with k variables over an arbitrary simple n-vertex graph Г is NP-complete. The computational complexity of the procedure for checking compatibility of a system of equations S over a simple graph Г and the procedure for finding a general solution of this system is calculated. The computational complexity of the algorithm for solving a system of equations S with k variables over an arbitrary simple n-vertex graph Г involving these procedures is O(k2nk/2+1(k + n)2) for n ≥ 3. Polynomially solvable cases are distinguished: systems of equations over trees, forests, bipartite and complete bipartite graphs. Polynomial time algorithms for solving these systems with running time O(k2n(k + n)2) are proposed.
Download file
Counter downloads: 77
- Title Algorithms for solving systems of equations over various classes of finite graphs
- Headline Algorithms for solving systems of equations over various classes of finite graphs
- Publesher
Tomsk State University
- Issue Prikladnaya Diskretnaya Matematika - Applied Discrete Mathematics 53
- Date:
- DOI 10.17223/20710410/53/6
Keywords
graph, system of equations, computational complexityAuthors
References
Van Rooij J. M. M., Nederlof J., and van Dijk T. C. Inclusion/exclusion meets measure and conquer: Exact algorithms for counting dominating sets // LNCS. 2009. V. 5757. P. 554-565.
Fomin F. V., Grandoni F., and Kratsch D. A measure & conquer approach for the analysis of exact algorithms // J. ACM. 2009. V. 56. Iss. 5. P.25-32.
Гэри М., Джонсон Д. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи. М.: Мир, 1982. 416с.
Горбунов В. А. Алгебраическая теория квазимногообразий. Новосибирск: Научная книга, 1999. 368+xiiс.
Ильев А. В., Ремесленников В. Н. Исследование совместности систем уравнений над графами и нахождение их общих решений // Вестник Омского университета. 2017. №4(86). С. 26-32.
Ильев А. В. Разрешимость универсальных теорий и аксиоматизируемость наследственных классов графов // Труды института математики и механики УрО РАН. 2016. Т. 22. №1. С. 100-111.
Рыболов А. Н. О сложности экзистенциальной и универсальной теорий конечных полей // Прикладная дискретная математика. 2019. №45. С. 85-89.
Никитин А. Ю., Рыболов А. Н. О сложности проблемы разрешимости систем уравнений над конечными частичными порядками // Прикладная дискретная математика. 2018. №39. С. 94-98.
Даниярова Э. Ю., Мясников А. Г., Ремесленников В. Н. Алгебраическая геометрия над алгебраическими системами. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2016. 243 с.
Cook S. A. The complexity of theorem proving procedures // Proc. 3rd Ann. ACM Symp. on Theory of Computing. 1971. P. 151-158.
Mayr E.W. and Meyer A. R. The complexity of the word problems for commutative semigroups and polynomial ideals // Adv. Math. 1982. V.46. Iss.3. P.305-329.
Fischer M. J. and Rabin M. O. Super-exponential complexity of Presburger arithmetic // Proc. SIAM-AMS Symp. Appl. Math. 1974. V. 7. P.27-41.
Матиясевич Ю. В. Диофантовость перечислимых множеств // Доклады Академии наук СССР. 1970. Т. 191. №2. С. 279-282.

Algorithms for solving systems of equations over various classes of finite graphs | Prikladnaya Diskretnaya Matematika - Applied Discrete Mathematics. 2021. № 53. DOI: 10.17223/20710410/53/6
Download full-text version
Counter downloads: 106