Given a graph property $\Phi$, we consider the problem $\mathtt{EdgeSub}(\Phi)$, where the input is a pair of a graph $G$ and a positive integer $k$, and the task is to decide whether $G$ contains a $k$-edge subgraph that satisfies $\Phi$. Specifically, we study the parameterized complexity of $\mathtt{EdgeSub}(\Phi)$ and of its counting problem $\#\mathtt{EdgeSub}(\Phi)$ with respect to both approximate and exact counting. We obtain a complete picture for minor-closed properties $\Phi$: the decision problem $\mathtt{EdgeSub}(\Phi)$ always admits an FPT algorithm and the counting problem $\#\mathtt{EdgeSub}(\Phi)$ always admits an FPTRAS. For exact counting, we present an exhaustive and explicit criterion on the property $\Phi$ which, if satisfied, yields fixed-parameter tractability and otherwise $\#\mathsf{W[1]}$-hardness. Additionally, most of our hardness results come with an almost tight conditional lower bound under the so-called Exponential Time Hypothesis, ruling out algorithms for $\#\mathtt{EdgeSub}(\Phi)$ that run in time $f(k)\cdot|G|^{o(k/\log k)}$ for any computable function $f$. As a main technical result, we gain a complete understanding of the coefficients of toroidal grids and selected Cayley graph expanders in the homomorphism basis of $\#\mathtt{EdgeSub}(\Phi)$. This allows us to establish hardness of exact counting using the Complexity Monotonicity framework due to Curticapean, Dell and Marx (STOC'17). Our methods can also be applied to a parameterized variant of the Tutte Polynomial $T^k_G$ of a graph $G$, to which many known combinatorial interpretations of values of the (classical) Tutte Polynomial can be extended. As an example, $T^k_G(2,1)$ corresponds to the number of $k$-forests in the graph $G$. Our techniques allow us to completely understand the parametrized complexity of computing the evaluation of $T^k_G$ at every pair of rational coordinates $(x,y)$.


翻译:根据一个图形属性 $\ Phi$, 我们考虑一个问题 $\ matht{ EdgeSub} (\ Phi), 其中输入的是一对图形$G$和正整金美元, 任务在于决定$G$是否包含一个能满足$\ Phi$的以K$为顶尖的子图。 具体地说, 我们研究 $mathtt{ EdgeSub} (\ Phi) 的参数复杂性, 以及它计算的问题 $#matt{EdgeSub} (\ Phi) 。 精确计算, 我们提出一个用于美元( 美元) 的以美元为底数的以美元为基数的完整和明确的标准。 如果满足了, 将固定的以基数为基数的 。

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