We consider high dimensional variants of the maximum flow and minimum cut problems in the setting of simplicial complexes and provide both algorithmic and hardness results. By viewing flows and cuts topologically in terms of the simplicial (co)boundary operator we can state these problems as linear programs and show that they are dual to one another. Unlike graphs, complexes with integral capacity constraints may have fractional max-flows. We show that computing a maximum integral flow is NP-hard. Moreover, we give a combinatorial definition of a simplicial cut that seems more natural in the context of optimization problems and show that computing such a cut is NP-hard. However, we provide conditions on the simplicial complex for when the cut found by the linear program is a combinatorial cut. For $d$-dimensional simplicial complexes embedded into $\mathbb{R}^{d+1}$ we provide algorithms operating on the dual graph: computing a maximum flow is dual to computing a shortest path and computing a minimum cut is dual to computing a minimum cost circulation. Finally, we investigate the Ford-Fulkerson algorithm on simplicial complexes, prove its correctness, and provide a heuristic which guarantees it to halt.


翻译:我们考虑在简单化综合体设置中最大流量和最小截断问题的高维变量,并提供算法和硬度结果。我们通过以简化(共同)线性操作员的眼光来看待和从结构上削减流体,我们可以将这些问题描述为线性程序,并表明这些问题是双向的。与图表不同的是,具有整体容量限制的复合体可能具有分数最大流。我们显示,计算最大整体流的算法是硬化的。此外,我们给出了在优化问题中似乎更自然的简化切分的组合定义,并表明计算这种切分是硬性的。然而,我们为线性程序所发现的截分数是组合式切割时的简化综合体提供了条件。对于嵌入 $\mathbb{R ⁇ d+1} 的单位,我们提供了在双轨图上操作的算法:计算最大流是双向的计算最短路径,而计算最起码的切分数是计算最低成本循环的双向。我们为线性分类的简化综合系统提供了其精确的算法。最后,我们为它提供了一种复式的精确性算法保证。

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