In the MINIMUM CONVEX COVER (MCC) problem, we are given a simple polygon $\mathcal P$ and an integer $k$, and the question is if there exist $k$ convex polygons whose union is $\mathcal P$. It is known that MCC is $\mathsf{NP}$-hard [Culberson & Reckhow: Covering polygons is hard, FOCS 1988/Journal of Algorithms 1994] and in $\exists\mathbb{R}$ [O'Rourke: The complexity of computing minimum convex covers for polygons, Allerton 1982]. We prove that MCC is $\exists\mathbb{R}$-hard, and the problem is thus $\exists\mathbb{R}$-complete. In other words, the problem is equivalent to deciding whether a system of polynomial equations and inequalities with integer coefficients has a real solution. If a cover for our constructed polygon exists, then so does a cover consisting entirely of triangles. As a byproduct, we therefore also establish that it is $\exists\mathbb{R}$-complete to decide whether $k$ triangles cover a given polygon. The issue that it was not known if finding a minimum cover is in $\mathsf{NP}$ has repeatedly been raised in the literature, and it was mentioned as a "long-standing open question" already in 2001 [Eidenbenz & Widmayer: An approximation algorithm for minimum convex cover with logarithmic performance guarantee, ESA 2001/SIAM Journal on Computing 2003]. We prove that assuming the widespread belief that $\mathsf{NP}\neq\exists\mathbb{R}$, the problem is not in $\mathsf{NP}$. An implication of the result is that many natural approaches to finding small covers are bound to give suboptimal solutions in some cases, since irrational coordinates of arbitrarily high algebraic degree can be needed for the corners of the pieces in an optimal solution.


翻译:在MINIMUM CONVEX Cover(MCC) 问题中, 我们得到的是简单的多边形 $\ mathcal P$ 和整数 美元, 问题是, 是否存在 $mathcal P$ 。 众所周知 MCC 是$mathsf{NP} 硬的 [Culberson & Recchow: 覆盖多边形是硬的, FOCS 1988/ Journal of Algorithms 1994] 和$\ cremothb{R} $ [O'Rourke: 计算多边形的最小正数封面的复杂程度, Allerton 1982]。 我们证明 MCC是 $mevexmational 的基数。 问题在于, 问题在于确定一个已知的多数方形方形方形方形方形方形方形方形的解析体和正数的解算法, 问题在于一个已知的维数方形方形方形方形方形方形方形方形方形方形方形方形方形方形的解的解。

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