In a graph, a (perfect) matching cut is an edge cut that is a (perfect) matching. Matching Cut (MC), respectively, Perfect Matching Cut (PMC), is the problem of deciding whether a given graph has a matching cut, respectively, a perfect matching cut. The Disconnected Perfect Matching problem (DPM) is to decide if a graph has a perfect matching that contains a matching cut. Solving an open problem posed in [Lucke, Paulusma, Ries (ISAAC 2022, Algorithmica 2023)], we show that PMC is NP-complete in graphs without induced 14-vertex path $P_{14}$. Our reduction also works simultaneously for MC and DPM, improving the previous hardness results of MC on $P_{15}$-free graphs and of DPM on $P_{19}$-free graphs to $P_{14}$-free graphs for both problems. Actually, we prove a slightly stronger result: within $P_{14}$-free 8-chordal graphs (graphs without chordless cycles of length at least 9), it is hard to distinguish between those without matching cuts (respectively, perfect matching cuts, disconnected perfect matchings) and those in which every matching cut is a perfect matching cut. Moreover, assuming the Exponential Time Hypothesis, none of these problems can be solved in $2^{o(n)}$ time for $n$-vertex $P_{14}$-free 8-chordal graphs. On the positive side, we show that, as for MC [Moshi (JGT 1989)], DPM and PMC are polynomially solvable when restricted to 4-chordal graphs. Together with the negative results, this partly answers an open question on the complexity of PMC in $k$-chordal graphs asked in [Le, Telle (WG 2021, TCS 2022) & Lucke, Paulusma, Ries (MFCS 2023, TCS 2024)].


翻译:在图论中,(完美)匹配切割是指作为(完美)匹配的边割。匹配切割(MC)问题与完美匹配切割(PMC)问题分别判定给定图是否存在匹配切割或完美匹配切割。非连通完美匹配(DPM)问题则判定图是否包含一个含有匹配切割的完美匹配。通过解决[Lucke, Paulusma, Ries (ISAAC 2022, Algorithmica 2023)]中提出的一个开放问题,我们证明了在无诱导14顶点路径$P_{14}$的图中,PMC是NP完全的。我们的归约同时适用于MC和DPM,从而将先前MC在$P_{15}$-free图以及DPM在$P_{19}$-free图上的硬度结果,针对这两个问题均提升至$P_{14}$-free图。实际上,我们证明了一个稍强的结果:在$P_{14}$-free的8-弦图(即无长度至少为9的无弦环的图)中,难以区分那些不存在匹配切割(相应地,完美匹配切割、非连通完美匹配)的图与那些每个匹配切割都是完美匹配切割的图。此外,假设指数时间假说成立,对于具有$n$个顶点的$P_{14}$-free 8-弦图,这些问题均无法在$2^{o(n)}$时间内求解。在积极方面,我们证明了如同MC问题[Moshi (JGT 1989)],DPM和PMC问题在限制于4-弦图时是多项式时间可解的。结合负面结果,这部分回答了[Le, Telle (WG 2021, TCS 2022) & Lucke, Paulusma, Ries (MFCS 2023, TCS 2024)]中提出的关于PMC在$k$-弦图中复杂度的开放问题。

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