Given a pair of graphs $\textbf{A}$ and $\textbf{B}$, the problems of deciding whether there exists either a homomorphism or an isomorphism from $\textbf{A}$ to $\textbf{B}$ have received a lot of attention. While graph homomorphism is known to be NP-complete, the complexity of the graph isomorphism problem is not fully understood. A well-known combinatorial heuristic for graph isomorphism is the Weisfeiler-Leman test together with its higher order variants. On the other hand, both problems can be reformulated as integer programs and various LP methods can be applied to obtain high-quality relaxations that can still be solved efficiently. We study so-called fractional relaxations of these programs in the more general context where $\textbf{A}$ and $\textbf{B}$ are not graphs but arbitrary relational structures. We give a combinatorial characterization of the Sherali-Adams hierarchy applied to the homomorphism problem in terms of fractional isomorphism. Collaterally, we also extend a number of known results from graph theory to give a characterization of the notion of fractional isomorphism for relational structures in terms of the Weisfeiler-Leman test, equitable partitions, and counting homomorphisms from trees. As a result, we obtain a description of the families of CSPs that are closed under Weisfeiler-Leman invariance in terms of their polymorphisms as well as decidability by the first level of the Sherali-Adams hierarchy.


翻译:鉴于一对图形 $\ textbf{A} $ 美元和 $ textbf{B} 美元, 确定是否存在从 $\ textbf{A} 美元到 $\ textbf{B} 美元是否具有同质性的问题引起了很大的关注。 虽然图形同质性已经是NP- 完整的, 图表的复杂度问题并没有得到完全理解。 图表的分级偏差结构是Weisfeiler- Leman的分级测试及其较高的顺序变异。 另一方面, 两种问题都可以作为整数程序或不同LP 的方法来重新定义, 以获得仍然可以有效解决的高质量放松。 我们研究在更一般的场合中, 图形同质性( $\ textbf{A} $ 和 $\ textbf{B} 问题并不完全理解。 图表的分级结构不是图表,而是任意的。 我们通过对 Sherali- Adans 等级的分级的分级的描述。 在直立性结构中, 从我们所认识的分级结构的分级关系中, 也是我们所了解的分级关系的分级关系的分级关系的分级。

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