We study a generalization of the classic Global Min-Cut problem, called Global Label Min-Cut (or sometimes Global Hedge Min-Cut): the edges of the input (multi)graph are labeled (or partitioned into color classes or hedges), and removing all edges of the same label (color or from the same hedge) costs one. The problem asks to disconnect the graph at minimum cost. While the $st$-cut version of the problem is known to be NP-hard, the above global cut version is known to admit a quasi-polynomial randomized $n^{O(\log \mathrm{OPT})}$-time algorithm due to Ghaffari, Karger, and Panigrahi [SODA 2017]. They consider this as ``strong evidence that this problem is in P''. We show that this is actually not the case. We complete the study of the complexity of the Global Label Min-Cut problem by showing that the quasi-polynomial running time is probably optimal: We show that the existence of an algorithm with running time $(np)^{o(\log n/ (\log \log n)^2)}$ would contradict the Exponential Time Hypothesis, where $n$ is the number of vertices, and $p$ is the number of labels in the input. The key step for the lower bound is a proof that Global Label Min-Cut is W[1]-hard when parameterized by the number of uncut labels. In other words, the problem is difficult in the regime where almost all labels need to be cut to disconnect the graph. To turn this lower bound into a quasi-polynomial-time lower bound, we also needed to revisit the framework due to Marx [Theory Comput. 2010] of proving lower bounds assuming Exponential Time Hypothesis through the Subgraph Isomorphism problem parameterized by the number of edges of the pattern. Here, we provide an alternative simplified proof of the hardness of this problem that is more versatile with respect to the choice of the regimes of the parameters.


翻译:我们研究经典的Global Min-Cut 问题的一般化。 这个问题的美元分解版本已知为 NP- 硬化, 上面的全球剪切版本可以承认一个准政治随机化的 $n ⁇ O (log\ mathrm{OPT}}} : 输入( 倍数) 的边缘被贴上标签( 或分割成彩色类或对冲), 并去除同一标签( 颜色或同一对冲) 的所有边缘成本 。 问题要求以最低成本断开图形。 虽然问题以美元分解方式处理。 我们用全球分解( NPNP) 的问题完成了对全球分解问题的复杂性的研究, 这表明, 准政治分解( 美元分解) 的参数可能会随机随机随机随机随机化 。 我们显示, 使用美元分解( 美元分解) 的代算法, 也意味着 美元分解( 美元分解) IMLial_I 的代数是硬化的。

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