We study the NP-hard Fair Connected Districting problem: Partition a vertex-colored graph into k connected components (subsequently referred to as districts) so that in each district the most frequent color occurs at most a given number of times more often than the second most frequent color. Fair Connected Districting is motivated by various real-world scenarios where agents of different types, which are one-to-one represented by nodes in a network, have to be partitioned into disjoint districts. Herein, one strives for "fair districts" without any type being in a dominating majority in any of the districts. This is to e.g. prevent segregation or political domination of some political party. Our work builds on a model recently proposed by Stoica et al. [AAMAS 2020], thereby also strengthening and extending computational hardness results from there. More specifically, with Fair Connected Districting we identify a natural, already hard special case of their Fair Connected Regrouping problem. We conduct a fine-grained analysis of the (parameterized) computational complexity of Fair Connected Districting, proving that it is polynomial-time solvable on paths, cycles, stars, caterpillars, and cliques, but already becomes NP-hard on trees. Motivated by the latter negative result, we perform a parameterized complexity analysis with respect to various graph parameters, including treewidth, and problem-specific parameters, including the numbers of colors and districts. We obtain a rich and diverse, close to complete picture of the corresponding parameterized complexity landscape (that is, a classification along the complexity classes FPT, XP, W[1]-hardness, and para-NP-hardness). Doing so, we draw a fine line between tractability and intractability and identify structural properties of the underlying graph that make Fair Connected Districting computationally hard.


翻译:我们研究了NP-hard Fair Connected District 问题: 将一个顶点颜色的图形分割成 k contility 组件( 后称为区), 这样在每个区, 最常见的颜色会比第二个最经常的颜色多出一定次数。 公平连接区受到各种真实世界情景的驱动, 不同类型的代理, 由网络中的节点代表的一对一分割为不连接区。 在此, 我们努力将“ 公平地区” 分割成“ 公平地区 ”, 而不是在任何区中占据多数。 这是为了防止某些政党的分解或政治支配。 我们的工作建立在一个由Stoica 等人( AMAS 2020) 推荐的模型上, 从而强化和扩展了从那里得出的计算硬性计算结果。 更具体的是 Fairl Contild 区, 我们发现了一个自然的、 已经非常复杂的数字连接地区( 直径直径) 的精细分析, 和直径直径( 直径直径) 和直径直径的分解的分解的精细的分解的分解。

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