We introduce a new data structure for answering connectivity queries in undirected graphs subject to batched vertex failures. Precisely, given any graph G and integer k, we can in fixed-parameter time construct a data structure that can later be used to answer queries of the form: ``are vertices s and t connected via a path that avoids vertices $u_1,..., u_k$?'' in time $2^{2^{O(k)}}$. In the terminology of the literature on data structures, this gives the first deterministic data structure for connectivity under vertex failures where for every fixed number of failures, all operations can be performed in constant time. With the aim to understand the power and the limitations of our new techniques, we prove an algorithmic meta theorem for the recently introduced separator logic, which extends first-order logic with atoms for connectivity under vertex failures. We prove that the model-checking problem for separator logic is fixed-parameter tractable on every class of graphs that exclude a fixed topological minor. We also show a weak converse. This implies that from the point of view of parameterized complexity, under standard complexity assumptions, the frontier of tractability of separator logic is almost exactly delimited by classes excluding a fixed topological minor. The backbone of our proof relies on a decomposition theorem of Cygan et al. [SICOMP '19], which provides a tree decomposition of a given graph into bags that are unbreakable. Crucially, unbreakability allows to reduce separator logic to plain first-order logic within each bag individually. We design our model-checking algorithm using dynamic programming over the tree decomposition, where the transition at each bag amounts to running a suitable model-checking subprocedure for plain first-order logic. This approach is robust enough to provide also efficient enumeration of queries expressed in separator logic.
翻译:我们引入了一个新的数据结构, 用于在非方向的图形中解答连接问题, 但须有分批的顶端失败。 确切地说, 任何图形 G 和整数 k, 我们可以用固定参数时间来构建一个数据结构, 以便稍后用来回答表单的询问 : “ 它们是脊椎 s and t 连接, 并且通过一条路径, 避免脊椎 $_ 1,..., u_ k$?? 时间 $2 ⁇ 2 ⁇ % O( k) $ 。 在数据结构的文献术语中, 这为顶端失败情况下的连接提供了第一个确定性数据结构。 在每类图中, 每一个固定的失败数, 所有操作都可以在固定的正数中进行。 运行一个较弱的逻辑变数 。 运行一个精确的逻辑变数 。 运行一个精确的变数, 运行一个固定的变数 的变数 。 运行一个精确的变数 的变数 的变数 。 运行一个精确的变数 的变数 的变数 的变数 的变数 。 这个变数 的变数 的变数 的变数 的变数 的变数 的变数 的变数 的变数 的变数 的变数 的变数 的 的 的 的 的 的 的 的 的 。 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 变数 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的