Since counting subgraphs in general graphs is, by and large, a computationally demanding problem, it is natural to try and design fast algorithms for restricted families of graphs. One such family that has been extensively studied is that of graphs of bounded degeneracy (e.g., planar graphs). This line of work, which started in the early 80's, culminated in a recent work of Gishboliner et al., which highlighted the importance of the task of counting homomorphic copies of cycles (i.e., cyclic walks) in graphs of bounded degeneracy. Our main result in this paper is a surprisingly tight relation between the above task and the well-studied problem of detecting (standard) copies of directed cycles in general directed graphs. More precisely, we prove the following: 1. One can compute the number of homomorphic copies of $C_{2k}$ and $C_{2k+1}$ in $n$-vertex graphs of bounded degeneracy in time $\tilde{O}(n^{d_{k}})$, where the fastest known algorithm for detecting directed copies of $C_k$ in general $m$-edge digraphs runs in time $\tilde{O}(m^{d_{k}})$. 2. Conversely, one can transform any $O(n^{b_{k}})$ algorithm for computing the number of homomorphic copies of $C_{2k}$ or of $C_{2k+1}$ in $n$-vertex graphs of bounded degeneracy, into an $\tilde{O}(m^{b_{k}})$ time algorithm for detecting directed copies of $C_k$ in general $m$-edge digraphs. We emphasize that our first result does not use a black-box reduction (as opposed to the second result which does). Instead, we design an algorithm for computing the number of $C_k$-homomorphisms in degenerate graphs and show that one part of its analysis can be reduced to the analysis of the fastest known algorithm for detecting directed cycles in general digraphs, which was carried out in a recent breakthrough of Dalirrooyfard, Vuong and Vassilevska Williams.


翻译:由于在一般图形中计子图是一个高计算要求的问题, 因此自然会尝试和设计用于限制的图形家族的快速算法。 已经广泛研究过的一个这样的家庭是受约束的变异性图形( 例如平面图 ) 。 这项工作始于80年代初期, 最终产生了Gishboliner 等人最近的工作, 其中突出了计算以美元为单位的周期( 即, 周期行) 的同质副本( 美元为美元) 的计算任务的重要性。 我们本文中的主要结果是一个惊人的紧密关系, 上面的任务和经过仔细研究的检测( 标准) 普通图形( 美元) 的同质拷贝( 美元) 和 美元( 美元) 美元 ( 美元) 的同质数字( 美元) 平面数字( 美元) 的比值( 美元) 的平面数( 美元) 。 在一般的变现中, 一个已知的变现 美元( 美元 美元) 直径( 美元) 直径( 美元) 直径( 美元) 直径)。

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