Homology features of spaces which appear in many applications, for instance 3D meshes, are among the most important topological properties of these objects. Given a non-trivial cycle in a homology class, we consider the problem of computing a representative in that homology class which is optimal. We study two measures of optimality, namely, the lexicographic order of cycles (the lex-optimal cycle) and the bottleneck norm (a bottleneck-optimal cycle). We give a simple algorithm for computing the lex-optimal cycle for a 1-homology class in a surface. In contrast to this, our main result is that, in the case of 3-manifolds of size $n^2$ in the Euclidean 3-space, the problem of finding a bottleneck optimal cycle cannot be solved more efficiently than solving a system of linear equations with a $n \times n$ sparse matrix. From this reduction, we deduce several hardness results. Most notably, we show that for 3-manifolds given as a subset of the 3-space (of size $n^2$), persistent homology computations are at least as hard as matrix multiplication while ordinary homology computations can be done in $O(n^2 \log n)$ time. This is the first such distinction between these two computations. Moreover, it follows that the same disparity exists between the height persistent homology computation and general sub-level set persistent homology computation for simplicial complexes in the 3-space.


翻译:在许多应用中出现的空间(例如 3D meshes) 的同系物特性是这些对象最重要的表层特性之一。 在同族类中, 我们考虑的是计算同系物类中代表数的问题, 这是最佳的。 我们研究的是两种最佳性度的衡量标准, 即周期的词汇顺序( 法- 最佳周期) 和瓶颈标准( 一种瓶颈- 最佳周期) 。 我们给出了一种简单的算法, 用于计算表面1类1- 体类的Lex- 最佳周期。 与此相反, 我们的主要结果是, 在Euclidean 3- 空间中, 3个尺寸为 0. 2美元 的3 度的计算方法, 找到瓶颈最佳周期的问题无法比解决一个以 $\ 时间为稀薄矩阵的线性方程式系统( 瓶颈- 最佳周期) 。 我们从中推算出一些硬性的结果。 最明显的是, 对于作为3 空间( 范围为 美元 的 3 度 的 度 度 的 度 度 的, 在普通 II 度 度 度 的 度 度 的 度 度 度 的 的 度 度 度 的 度 度 度 和 的 度 度 度 的 的 度 度 度 度 的 的 的 度 的 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值

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