In 1982, Papadimitriou and Yannakakis introduced the Exact Matching (EM) problem where given an edge colored graph, with colors red and blue, and an integer $k$, the goal is to decided whether or not the graph contains a perfect matching with exactly $k$ red edges. Although they conjectured it to be $\textbf{NP}$-complete, soon after it was shown to be solvable in randomized polynomial time in the seminal work of Mulmuley et al. placing it in the complexity class $\textbf{RP}$. Since then, all attempts at finding a deterministic algorithm for EM have failed, thus leaving it as one of the few natural combinatorial problems in $\textbf{RP}$ but not known to be contained in $\textbf{P}$, and making it an interesting instance for testing the hypothesis $\textbf{RP}=\textbf{P}$. Progress has been lacking even on very restrictive classes of graphs despite the problem being quite well known as evidenced by the number of works citing it. In this paper we aim to gain more insight into the problem by considering two directions of study. In the first direction, we study EM on bipartite graphs with a relaxation of the color constraint and provide an algorithm where the output is required to be a perfect matching with a number of red edges differing from $k$ by at most $k/2$. We also introduce an optimisation problem we call Top-k Perfect Matching (TkPM) that shares many similarities with EM. By virtue of being an optimization problem, it is more natural to approximate so we provide approximation algorithms for it. In the second direction, we look at the parameterized algorithms. Here we introduce new tools and FPT algorithms for the study of EM and TkPM.


翻译:1982年,帕帕迪米特里欧和扬纳卡基斯引入了“ Exact Match (EM) ” 问题, 给出了一个带红色和蓝色的边色图表, 以及一个整数美元, 目标是要决定该图表是否包含与美元红色边缘完全匹配的完美匹配。 虽然他们推测它为$\ textbf{NP}$- 完成, 在穆穆利等人的精华作品中, 它在随机的多盘时间里被显示为可溶解的 Exact Match (EM) 问题。 将它放在复杂等级$\ textb{RP} 。 从那时以来, 所有试图为EM的确定性算法都失败了, 因此, 将它保留在$\ textb{RP} 红色边缘的少数自然组合问题之一, 但是, 在穆穆穆莱利等人的精度研究中, 它是一个有趣的例子。 我们一直没有在非常严格的图表类别上取得进展, 我们通过精确的直观来引入一个更精确的直径直径的直径直径直径的直径直径直径直径直径直径的图表。

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