A square coloring of a graph $G$ is a coloring of the square $G^2$ of $G$, that is, a coloring of the vertices of $G$ such that any two vertices that are at distance at most $2$ in $G$ receive different colors. We investigate the complexity of finding a square coloring with a given number of $q$ colors. We show that the problem is polynomial-time solvable on graphs of bounded treewidth by presenting an algorithm with running time $n^{2^{\operatorname{tw} + 4}+O(1)}$ for graphs of treewidth at most $\operatorname{tw}$. The somewhat unusual exponent $2^{\operatorname{tw}}$ in the running time is essentially optimal: we show that for any $\epsilon>0$, there is no algorithm with running time $f(\operatorname{tw})n^{(2-\epsilon)^{\operatorname{tw}}}$ unless the Exponential-Time Hypothesis (ETH) fails. We also show that the square coloring problem is NP-hard on planar graphs for any fixed number $q \ge 4$ of colors. Our main algorithmic result is showing that the problem (when the number of colors $q$ is part of the input) can be solved in subexponential time $2^{O(n^{2/3}\log n)}$ on planar graphs. The result follows from the combination of two algorithms. If the number $q$ of colors is small ($\le n^{1/3}$), then we can exploit a treewidth bound on the square of the graph to solve the problem in time $2^{O(\sqrt{qn}\log n)}$. If the number of colors is large ($\ge n^{1/3}$), then an algorithm based on protrusion decompositions and building on our result for the bounded-treewidth case solves the problem in time $2^{O(n\log n/q)}$.
翻译:平方色 $G$ 是平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平方平