Graph Homomorphism, Monotone Classes, and Bounded Pathwidth: A Comprehensive Analysis

Core Concepts

Graph Homomorphism is a C123-problem, distinguishing between polynomial-time solvability and hardness in the polynomial hierarchy.

Abstract

Introduction to the study of computational complexity of graph problems on monotone classes.
Framework for H-subgraph-free graph classes based on bounded treewidth or pathwidth.
Analysis of Graph Homomorphism, locally constrained homomorphisms, and colouring games.
Theoretical proofs and reductions for various graph problems.
Implications of the results on the complexity classification of graph classes.
Open questions and future research directions.

Stats

Certain homomorphism problems do not fit in the framework.
The hard cases are ΠP2k-complete and the easy cases are in P.
Sequential 3-Colouring Construction Game is Pspace-complete on some class of bounded pathwidth.

Quotes

"Graph Homomorphism is a C123-problem."
"Locally Bijective, Surjective, and Injective Homomorphism are C23-problems."
"Sequential 3-Colouring Construction Game is Pspace-complete on bounded pathwidth."

Key Insights Distilled From

Graph Homomorphism, Monotone Classes and Bounded Pathwidth

by Tala Eagling... at arxiv.org 03-04-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.00497.pdf

Deeper Inquiries

How do the results of this study impact the field of graph theory beyond computational complexity

Die Ergebnisse dieser Studie haben weitreichende Auswirkungen auf das Gebiet der Graphentheorie jenseits der Berechnungskomplexität. Durch die Identifizierung von C123-Problemen, die zwischen polynomialer Zeitlösbarkeit und Schwierigkeiten in der polynomiellen Hierarchie unterscheiden, wird ein tieferes Verständnis für die Struktur und Komplexität von Graphenproblemen geschaffen. Dies kann dazu beitragen, effizientere Algorithmen zu entwickeln, um komplexe Probleme in verschiedenen Anwendungsgebieten zu lösen. Darüber hinaus können die Erkenntnisse dieser Studie dazu beitragen, neue Verbindungen zwischen verschiedenen graphentheoretischen Konzepten herzustellen und das Verständnis der zugrunde liegenden Strukturen von Graphen zu vertiefen.

What counterarguments could be made against the classification of certain problems as C123 or C23

Gegen die Klassifizierung bestimmter Probleme als C123 oder C23 könnten verschiedene Gegenargumente vorgebracht werden. Ein mögliches Gegenargument könnte darauf hinweisen, dass die Klassifizierung von Problemen in diese Kategorien möglicherweise zu starr ist und die Vielfalt der Probleme in der Praxis nicht angemessen widerspiegelt. Ein weiteres Gegenargument könnte darauf hinweisen, dass die Klassifizierung von Problemen in diese Kategorien möglicherweise zu vereinfacht ist und die tatsächliche Komplexität und Vielschichtigkeit der Probleme nicht vollständig erfasst. Darüber hinaus könnten Gegenargumente die Anwendbarkeit dieser Klassifizierung auf bestimmte spezifische Probleme in Frage stellen und auf potenzielle Ausnahmen oder Randfälle hinweisen, die nicht angemessen berücksichtigt wurden.

How does the study of graph homomorphism relate to real-world applications of graph theory

Die Untersuchung der Graphen-Homomorphismen in dieser Studie hat direkte Auswirkungen auf reale Anwendungen der Graphentheorie. Graph-Homomorphismen finden in verschiedenen Bereichen Anwendung, darunter in der Mustererkennung, der Netzwerkanalyse, der Künstlichen Intelligenz und der Datenbanktheorie. Durch das Verständnis der Komplexität und Struktur von Graph-Homomorphismen können effizientere Algorithmen für die Lösung realer Probleme entwickelt werden. Beispielsweise können Graph-Homomorphismen verwendet werden, um Beziehungen und Muster in sozialen Netzwerken, biologischen Netzwerken oder logistischen Systemen zu analysieren und zu identifizieren. Die Erkenntnisse aus dieser Studie tragen somit dazu bei, die Anwendbarkeit und Effektivität von Graphentheorie in verschiedenen Bereichen zu verbessern.