Список NP-полных задач
Это список некоторых из наиболее широко известных проблем, которые являются NP-полными, если их выразить как проблемы решения . Поскольку известны сотни таких проблем, этот список никоим образом не является исчерпывающим. Многие задачи такого типа можно найти в работе Гари и Джонсона (1979) .
Графы и гиперграфы
[ редактировать ]Графики часто встречаются в повседневных приложениях. Примеры включают биологические или социальные сети, которые в некоторых случаях содержат сотни, тысячи и даже миллиарды узлов (например, Facebook или LinkedIn ).
- 1-планарность [1]
- 3-мерное сопоставление [2] [3] : СП1
- Проблема с пропускной способностью [3] : GT40
- Двустороннее измерение [3] : GT18
- Емкостное минимальное связующее дерево [3] : НД5
- Задача проверки маршрута (также называемая проблемой китайского почтальона ) для смешанных графов (имеющих как направленные, так и неориентированные ребра). Программа разрешима за полиномиальное время, если в графе есть все неориентированные или все направленные ребра. Варианты включают проблему сельского почтальона. [3] : НД25, НД27
- Проблема с прикрытием клики [2] [3] : GT17
- Проблема с щелчком [2] [3] : GT19
- Полная раскраска , она же ахроматическое число. [3] : GT5
- Ранг цикла
- Опорное дерево с ограничением по степени [3] : НД1
- Домашний номер [3] : GT3
- Доминирующее множество , или число доминирования. [3] : GT2
- NP-полные частные случаи включают проблему доминирующего множества на ребрах , т. е. проблему доминирующего множества в линейных графах. NP-полные варианты включают задачу связного доминирующего множества и задачу остовного дерева с максимальным листом . [3] : НД2
- Набор вершин обратной связи [2] [3] : GT7
- Набор дуг обратной связи [2] [3] : GT8
- Раскраска графа [2] [3] : GT4
- гомоморфизма графов Проблема [3] : GT52
- Разбиение графа на подграфы конкретных типов (треугольники, изоморфные подграфы , гамильтоновы подграфы, леса , совершенные паросочетания ) известны NP-полными. Разбиение на клики — та же задача, что и данного графа раскраска дополнения . Связанная с этим проблема состоит в том, чтобы найти разбиение, оптимальное с точки зрения количества ребер между частями. [3] : GT11, GT12, GT13, GT14, GT15, GT16, ND14
- Число Гранди ориентированного графа. [3] : GT56
- гамильтонова пополнение [3] : GT34
- Задача о гамильтоновых путях , направленная и неориентированная. [2] [3] : GT37, GT38, GT39
- Проблема индуцированного изоморфизма подграфов
- Номер пересечения графика [3] : GT59
- Задача о самом длинном пути [3] : ND29
- Максимальный двудольный подграф или (особенно с взвешенными ребрами) максимальный разрез . [2] [3] : GT25, ND16
- Проблема изоморфизма максимального общего подграфа [3] : GT49
- Максимальный независимый набор [3] : GT20
- Максимальный индуцированный путь [3] : GT23
- Минимальное максимальное независимое множество, также известное как минимальное независимое доминирующее множество. [4]
- NP-полные частные случаи включают задачу минимального максимального соответствия , [3] : GT10 что по существу эквивалентно задаче о доминирующем множестве ребер (см. выше).
- Метрическая размерность графика [3] : GT61
- Метрический k-центр
- Охватывающее дерево минимальной степени
- Минимальный k-образный вырез
- Минимальное k-остовное дерево
- Незначительное тестирование (проверка того, является ли входной график содержит входной граф будучи несовершеннолетним); то же самое относится и к топологическим минорам
- Дерево Штейнера или минимальное остовное дерево для подмножества вершин графа. [2] (Минимальное остовное дерево для всего графа разрешимо за полиномиальное время.)
- Максимизация модульности [5]
- Монохроматический треугольник [3] : GT6
- Ширина пути , [6] или, что то же самое, толщина интервала и число разделений вершин [7]
- Раскраска рангов
- к-китайский почтальон
- Кратчайшее связующее дерево общей длины пути [3] : НД3
- Тестирование склона номер два [8]
- Распознавание строковых графов [9]
- Проблема изоморфизма подграфов [3] : GT48
- Ширина дерева [6]
- Проверка того, может ли дерево быть представлено как евклидово минимальное остовное дерево.
- Вертексное покрытие [2] [3] : GT1
Математическое программирование
[ редактировать ]- проблема с тремя разделами [3] : СП15
- Проблема с упаковкой контейнера [3] : СР1
- Узкий коммивояжёр [3] : НД24
- Проблема с расположением недееспособного объекта
- Задача планирования цеха потока
- Обобщенная задача о назначениях
- Целочисленное программирование . Вариант, в котором переменные должны быть равны 0 или 1, называется линейным программированием с нулем-единицей, и несколько других вариантов также являются NP-полными. [2] [3] : МП1
- Некоторые проблемы, связанные с планированием рабочего места
- Задача о рюкзаке , квадратичная задача о рюкзаке и несколько вариантов [2] [3] :MP9
- Некоторые проблемы, связанные с многопроцессорным планированием
- Числовое трехмерное сопоставление [3] : СП16
- График работы открытого цеха
- Проблема с разделом [2] [3] : СП12
- Задача квадратичного назначения [3] : ND43
- Квадратичное программирование (в некоторых случаях NP-трудное, P, если выпуклое)
- Проблема суммы подмножества [3] : СП13
- Вариации задачи о коммивояжере . Проблема для графов является NP-полной, если длины ребер считаются целыми числами. Задача для точек на плоскости является NP-полной с дискретизированной евклидовой метрикой и прямолинейной метрикой. Известно, что задача NP-трудна с (недискретизированной) евклидовой метрикой. [3] : НД22, НД23
- Проблема с маршрутом автомобиля
Формальные языки и обработка строк
[ редактировать ]- Ближайшая строка [10]
- Проблема самой длинной общей подпоследовательности для нескольких последовательностей [3] : СР10
- Ограниченный вариант задачи о переписке Поста [3] : СР11
- Кратчайшая общая суперпоследовательность для нескольких последовательностей [3] : СР8
- Расширение задачи построчной коррекции. [11] [3] : СР8
Игры и головоломки
[ редактировать ]- Сумка (Загон) [12]
- Линкор
- Bulls and Cows , продаваемая как Master Mind : определенные проблемы с оптимизацией, но не с самой игрой.
- Головоломки с совпадением краев
- Филломино [13]
- ( Общий ) FreeCell [14]
- Гоиси Хирои
- Хасивокакеро [15]
- Хейауэйк [16]
- ( Общее ) Мгновенное безумие [3] : ГП15
- Какуро (перекрестные суммы) [17]
- Кингдомино [18]
- Куромасу (также известный как Куродоко) [19]
- ЛазерТанк [20]
- Лемминги (с полиномиальным ограничением по времени) [21]
- Зажгись [22]
- Пасьянс Маджонг (с просмотром плиток под плитками)
- Масю [23]
- Проблема согласованности Сапера [24] (но см. Скотта, Стеге и ван Ройя [25] )
- Нонограммы
- Номерная ссылка
- Нурикабе [26]
- ( Общая ) Пандемия [27]
- Одинокий Пег
- завершение n-Queens
- Оптимальное решение для N × N × N. кубика Рубика [28]
- Та же игра
- Шакашака
- Slither Link на различных сетках [29] [30] [31]
- ( Общее ) Судоку [29] [32]
- Татамибари
- Тентай Шоу
- Проблемы, связанные с Тетрисом [33]
- Вербальная арифметика
Другой
[ редактировать ]- Проблема с размещением причалов [34]
- Посредничество
- Сборка оптимального блока Биткойн . [35]
- Проблема булевой выполнимости (SAT). [2] [3] : ЛО1 Существует множество вариантов, которые также являются NP-полными. Важным вариантом является то, что каждое предложение имеет ровно три литерала (3SAT), поскольку оно используется при доказательстве многих других результатов NP-полноты. [3] : с. 48
- Проблема выполнимости схемы
- Конъюнктивный логический запрос [3] : СР31
- Циклический заказ [36]
- Точная проблема с обложкой. Остается NP-полным для 3-х наборов. Разрешимо за полиномиальное время для 2-множеств (это паросочетание ). [2] [3] : СП2
- Нахождение глобального минимального решения Хартри-Фока задачи [37]
- восходящей планарности Проверка [8]
- Проблема больниц и ординаторов с парами
- Род узла [38]
- Завершение латинского квадрата (проблема определения возможности завершения частично заполненного квадрата)
- Максимальная 2-выполнимость [3] : ЛО5
- максимального объема Подматрица . Проблема выбора наиболее обусловленного подмножества большего объема. матрица. Этот класс проблем связан с рангом, выявляющим QR-факторизации , и D-оптимальным экспериментальным планом. [39]
- Минимальные цепочки сложения последовательностей. [40] Сложность минимальных цепочек сложения отдельных чисел неизвестна. [41]
- Модальная логика S5 – Выполнимость
- Проблема расстояния сортировки блинов для строк [42]
- Разрешимость квадратичных многочленов от двух переменных над целыми числами. [43] Даны положительные целые числа , определить существование натуральных чисел такой, что
- По той же статье [43] существование ограниченных модульных квадратных корней с произвольно составным модулем. Даны положительные целые числа , определить существование целого числа такой, что . Задача остается NP-полной, даже если факторизация простая предоставляется.
- Сериализуемость истории базы данных [3] : СР33
- Покрытие множества (также называемое проблемой минимального покрытия ). За счет транспонирования матрицы инцидентности это эквивалентно проблеме множества попаданий. [2] [3] : СП5, СП8
- Упаковка комплекта [2] [3] : СП3
- Установить задачу разделения [3] :SP4
- Планирование для минимизации взвешенного времени завершения
- Сортировка блоков [44] (Сортировка по ходам блоков)
- Разреженное приближение
- Варианты задачи о дереве Штейнера . В частности, с дискретизированной евклидовой метрикой, прямолинейной метрикой. Известно, что задача NP-трудна с (недискретизированной) евклидовой метрикой. [3] : НД13
- Трехмерная модель Изинга [45]
См. также
[ редактировать ]- Экзистенциальная теория реальности § Полные проблемы
- 21 NP-полная задача Карпа
- Список PSPACE-полных проблем
- Сокращение (сложность)
Примечания
[ редактировать ]- ^ Григорьев и Бодлаендер (2007) .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Карп (1972)
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и объявление но из в ах есть также и аль являюсь а к ап ак с как в В из хорошо топор является тот нет бб до нашей эры др. быть Гэри и Джонсон (1979)
- ^ Минимальный независимый доминирующий набор
- ^ Брандес, Ульрик ; Деллинг, Дэниел; Гертлер, Марко; Гёрке, Роберт; Хофер, Мартин; Николоски, Зоран; Вагнер, Доротея (2006), Максимизировать модульность сложно , arXiv : физика/0608255 , Bibcode : 2006физика...8255B
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Арнборг, Корней и Проскуровски (1987)
- ^ Кашивабара и Фудзисава (1979) Оцуки др. ( и 1979) ;
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гарг, Ашим; Тамассия, Роберто (1995). «О вычислительной сложности проверки восходящей и прямолинейной планарности». Конспекты лекций по информатике . Том. 894/1995. стр. 286–297. дои : 10.1007/3-540-58950-3_384 . ISBN 978-3-540-58950-1 .
- ^ Шефер, Маркус; Седжвик, Эрик; Штефанкович, Даниэль (сентябрь 2003 г.). «Распознавание строковых графов в NP» . Журнал компьютерных и системных наук . 67 (2): 365–380. дои : 10.1016/S0022-0000(03)00045-X .
- ^ Ланкто, Дж. Кевин; Ли, Мин; Ма, Бин; Ван, Шаоцзю; Чжан, Лусинь (2003), «Выявление проблем выбора строк», Information and Computation , 185 (1): 41–55, doi : 10.1016/S0890-5401(03)00057-9 , MR 1994748
- ^ Вагнер, Роберт А. (май 1975 г.). «О сложности расширенной задачи построчной коррекции» . Материалы седьмого ежегодного симпозиума ACM по теории вычислений - STOC '75 . стр. 218–223. дои : 10.1145/800116.803771 . ISBN 9781450374194 . S2CID 18705107 .
- ^ Фридман, Эрих. «Загадки коррала являются NP-полными» (PDF) . Проверено 17 августа 2021 г.
- ^ Ято, Такауки (2003). Сложность и полнота поиска другого решения и его применение к головоломкам . CiteSeerX 10.1.1.103.8380 .
- ^ Малте Хелмерт, Результаты по сложности стандартных контрольных областей при планировании, Искусственный интеллект 143 (2): 219-262, 2003.
- ^ «ХАСИВОКАКЕРО NP-полный» .
- ^ Хольцер и Руепп (2007)
- ^ Такахиро, Сета (5 февраля 2002 г.). «Сложности головоломок, перекрестная сумма и другие задачи их решения (ASP)» (PDF) . Проверено 18 ноября 2018 г.
- ^ Нгуен, Вьет-Ха; Перро, Кевин; Валлет, Матье (24 июня 2020 г.). «NP-полнота игры KingdominoTM» . Теоретическая информатика . 822 : 23–35. дои : 10.1016/j.tcs.2020.04.007 . ISSN 0304-3975 . S2CID 218552723 .
- ^ Кёлькер, Йонас (2012). «Куродоко NP-полна» (PDF) . Журнал обработки информации . 20 (3): 694–706. дои : 10.2197/ipsjjip.20.694 . S2CID 46486962 . Архивировано из оригинала (PDF) 12 февраля 2020 года.
- ^ Александерссон, Пер; Рестад, Петтер (2020). «LaserTank является NP-полным». Математические аспекты компьютерных и информационных наук . Конспекты лекций по информатике. Том. 11989. Международное издательство Springer. стр. 333–338. arXiv : 1908.05966 . дои : 10.1007/978-3-030-43120-4_26 . ISBN 978-3-030-43119-8 . S2CID 201058355 .
- ^ Кормод, Грэм (2004). Сложность игры с леммингами, или О нет, еще доказательства NP-полноты (PDF) .
- ^ Light Up является NP-полным.
- ^ Фридман, Эрих (27 марта 2012 г.). «Жемчужные головоломки NP-полны» . Архивировано из оригинала 4 февраля 2012 года.
- ^ Кэй (2000)
- ^ Аллан Скотт, Ульрика Стеге, Ирис ван Рой, «Сапер», возможно, не является NP-полным, но, тем не менее, сложным, The Mathematical Intelligencer 33 :4 (2011), стр. 5–17.
- ^ Хольцер, Маркус; Кляйн, Андреас; Кутриб, Мартин; Рупп, Оливер (2011). «Вычислительная сложность НУРИКАБЭ». Фундамента информатики . 110 (1–4): 159–174. дои : 10.3233/FI-2011-534 .
- ^ Накаи, Кеничиро; Такенага, Ясухико (2012). «НП-Завершенность пандемии» . Журнал обработки информации . 20 (3): 723–726. дои : 10.2197/ipsjjip.20.723 . ISSN 1882-6652 .
- ^ Демейн, Эрик; Эйзенштат, Сара; Рудой, Михаил (2018). Оптимальное решение кубика Рубика является NP-полным . 35-й симпозиум по теоретическим аспектам информатики (STACS 2018). doi : 10.4230/LIPIcs.STACS.2018.24 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Сато, Такаюки; Сета, Такахиро (1987). Сложность и полнота поиска другого решения и его применение к головоломкам (PDF) . Международный симпозиум по алгоритмам (SIGAL 1987).
- ^ Нукуи; Уэдзима (март 2007 г.). «ASP-полнота головоломки со скользящими звеньями на нескольких сетках» . Примечания к подписи Ipsj . 2007 (23): 129–136.
- ^ Кёлькер, Йонас (2012). «Выбранные варианты скользящих звеньев являются NP-полными» . Журнал обработки информации . 20 (3): 709–712. дои : 10.2197/ipsjjip.20.709 .
- ^ ОБЗОР NP-ПОЛНЫХ ЗАГАДОК, Раздел 23; Грэм Кендалл, Эндрю Паркс, Кристиан Сперер; Март 2008 г. (icga2008.pdf)
- ^ Демейн, Эрик Д.; Хоэнбергер, Сьюзен; Либен-Ноуэлл, Дэвид (25–28 июля 2003 г.). Тетрис сложно даже приблизить (PDF) . Материалы 9-й Международной конференции по вычислительной технике и комбинаторике (COCOON 2003) . Биг Скай, Монтана.
- ^ Лим, Эндрю (1998), «Проблема планирования причала», Operations Research Letters , 22 (2–3): 105–110, doi : 10.1016/S0167-6377(98)00010-8 , MR 1653377
- ^ Дж. Бонно, «Майнинг биткойнов NP-сложный»
- ^ Галил, Цви; Мегиддо, Нимрод (октябрь 1977 г.). «Циклический порядок является NP-полным» . Теоретическая информатика . 5 (2): 179–182. дои : 10.1016/0304-3975(77)90005-6 .
- ^ Уитфилд, Джеймс Дэниел; С любовью, Питер Джон; Аспуру-Гузик, Алан (2013). «Вычислительная сложность в электронных структурах» . Физ. хим. хим. Физ . 15 (2): 397–411. arXiv : 1208.3334 . Бибкод : 2013PCCP...15..397W . дои : 10.1039/C2CP42695A . ПМИД 23172634 . S2CID 12351374 .
- ^ Агол, Ян ; Хасс, Джоэл ; Терстон, Уильям (19 мая 2002 г.). «Род узлов 3-многообразия NP-полный» . Материалы тридцать четвертого ежегодного симпозиума ACM по теории вычислений . СТОК '02. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Ассоциация вычислительной техники. стр. 761–766. arXiv : math/0205057 . дои : 10.1145/509907.510016 . ISBN 978-1-58113-495-7 . S2CID 10401375 .
- ^ Чиврил, Али; Магдон-Исмаил, Малик (2009), «О выборе подматрицы максимального объема матрицы и связанных с этим проблемах» (PDF) , Theoretical Computer Science , 410 (47–49): 4801–4811, doi : 10.1016/j. tcs.2009.06.018 , MR 2583677 , заархивировано из оригинала (PDF) 3 февраля 2015 г.
- ^ Питер Дауни, Бентон Леонг и Рави Сетхи. «Вычисление последовательностей с помощью цепочек сложения» SIAM J. Comput., 10 (3), 638–646, 1981.
- ^ DJ Бернштейн, «Алгоритм возведения в степень Пиппингера» (проект)
- ^ Херкенс, Дж.; Иерсель, LV; Кейспер, Дж.; Келк, С.; Стуги, Л.; Тромп, Дж. (2007). «Реверсирование префиксов в двоичных и троичных строках». СИАМ Дж. Дискретная математика . 21 (3): 592–611. arXiv : математика/0602456 . дои : 10.1137/060664252 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Мандерс, Кеннет; Адлеман, Леонард (1976). «NP-полные задачи решения для квадратных многочленов» . Материалы восьмого ежегодного симпозиума ACM по теории вычислений - STOC '76 . стр. 23–29. дои : 10.1145/800113.803627 . ISBN 9781450374149 . S2CID 18885088 .
- ^ Бейн, WW; Лармор, LL; Латифи, С.; Садборо, Айдахо (1 января 2002 г.). «Сортировка блоков сложна». Труды Международного симпозиума по параллельным архитектурам, алгоритмам и сетям. Я-СПАН'02 . стр. 307–312. дои : 10.1109/ИСПАН.2002.1004305 . ISBN 978-0-7695-1579-3 . S2CID 32222403 .
- ^ Барри Артур Ципра , «Модель Изинга NP-полна», SIAM News, Том 33, № 6.
Ссылки
[ редактировать ]Общий
- Гэри, Майкл Р .; Джонсон, Дэвид С. (1979). Компьютеры и трудноразрешимые проблемы: Руководство по теории NP-полноты . Серия книг по математическим наукам (1-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company . ISBN 9780716710455 . МР 0519066 . OCLC 247570676 . . Эта книга представляет собой классику, в которой развивается теория, а затем каталогизируется множество NP-полных проблем.
- Кук, С.А. (1971). «Сложность процедур доказательства теорем». Труды Третьего ежегодного симпозиума ACM по теории вычислений, ACM, Нью-Йорк . стр. 151–158. дои : 10.1145/800157.805047 .
- Карп, Ричард М. (1972). «Сводимость среди комбинаторных задач». В Миллере, Раймонде Э.; Тэтчер, Джеймс В. (ред.). Сложность компьютерных вычислений . Пленум. стр. 85–103.
- Данн, PE «Аннотированный список избранных NP-полных задач» . COMP202, факультет компьютерных наук, Ливерпульский университет . Проверено 21 июня 2008 г.
- Крещенци, П.; Канн, В.; Халлдорссон, М.; Карпински, М .; Вегингер, Г. «Сборник задач оптимизации NP» . КТН НАДА, Стокгольм . Проверено 21 июня 2008 г.
- Дальке, К. «NP-полные задачи» . Справочный проект по математике . Проверено 21 июня 2008 г.
Конкретные проблемы
- Фридман, Э. (2002). «Жемчужные головоломки NP-полны» . Стетсонский университет, ДеЛанд, Флорида. Архивировано из оригинала 4 сентября 2006 года . Проверено 21 июня 2008 г.
- Григорьев А; Бодлендер, HL (2007). «Алгоритмы встраиваемых графов с небольшим количеством пересечений на ребро». Алгоритмика . 49 (1): 1–11. CiteSeerX 10.1.1.61.3576 . дои : 10.1007/s00453-007-0010-x . МР 2344391 . S2CID 8174422 .
- Хартунг, С; Нихтерляйн, А (2012). «NP-твердость и управляемость с фиксированными параметрами реализации последовательностей степеней с помощью направленных ациклических графов». Как мир считает . Конспекты лекций по информатике. Том. 7318. Шпрингер, Берлин, Гейдельберг. стр. 283–292. CiteSeerX 10.1.1.377.2077 . дои : 10.1007/978-3-642-30870-3_29 . ISBN 978-3-642-30869-7 . S2CID 6112925 .
- Хольцер, Маркус; Рупп, Оливер (2007). «Проблемы дизайна интерьера – анализ сложности игры Heyawake» (PDF) . Материалы 4-й Международной конференции по развлечениям с алгоритмами, LNCS 4475 . Шпрингер, Берлин/Гейдельберг. стр. 198–212. дои : 10.1007/978-3-540-72914-3_18 . ISBN 978-3-540-72913-6 .
- Кэй, Ричард (2000). «Сапер NP-полный». Математический интеллект . 22 (2): 9–15. дои : 10.1007/BF03025367 . S2CID 122435790 . Дополнительную информацию можно найти в Интернете на страницах Сапера Ричарда Кея .
- Кашивабара, Т.; Фудзисава, Т. (1979). «NP-полнота задачи поиска графа интервалов с минимальным числом клик, содержащего данный граф в качестве подграфа». Слушания . Международный симпозиум по схемам и системам . стр. 657–660.
- Оцуки, Тацуо; Мори, Хаджиму; Кух, Эрнест С.; Касивабара, Тосинобу; Фудзисава, Тосио (1979). «Одномерное назначение логических вентилей и интервальные графики». Транзакции IEEE в схемах и системах . 26 (9): 675–684. дои : 10.1109/TCS.1979.1084695 .
- Ленгауэр, Томас (1981). «Черно-белые камешки и разделение графов». Акта Информатика . 16 (4): 465–475. дои : 10.1007/BF00264496 . S2CID 19415148 .
- Арнборг, Стефан; Корнейл, Дерек Г .; Проскуровский, Анджей (1987). «Сложность поиска вложений в k -дереве». SIAM Journal по алгебраическим и дискретным методам . 8 (2): 277–284. дои : 10.1137/0608024 .
- Кормод, Грэм (2004). «Трудность игры с леммингами, или О нет, еще доказательства NP-полноты». Материалы Третьей международной конференции по развлечениям с алгоритмами (FUN 2004) . стр. 65–76.