Given a graph $G = (V, E)$ with $n$ vertices and $m$ edges, the DominatingSet problem asks for a set $D \subseteq V$ of minimal cardinality such that every vertex either is in $D$ or adjacent to a member of $D$. Although there is little hope for a kernelization algorithm on general graphs due to the W[2]-hardness of DominatingSet, data reduction rules are extensively used in practice. In this context, Rule1 due to Alber, Fellows, and Niedermeier [JACM 2004] has been shown to be very powerful, yet its best-known running time is $\mathcal{O}(n^3)$ ($= \mathcal{O}(nm)$) for general graphs. In this work, we propose, to the best of our knowledge, the first $\mathcal{O}(n + m)$-time algorithm for Rule1 on general graphs. We additionally propose simple, but practically significant, extensions to our algorithmic framework to further prune the input instances. We complement our theoretical claims with experiments that confirm the practicality of our approach. On average, we see significant speedups of over one order of magnitude while removing $59.8\times$ more nodes and $410.9\times$ more edges than the original formulation across a large dataset comprised of real-world and synthetic networks.


翻译:给定一个具有 $n$ 个顶点和 $m$ 条边的图 $G = (V, E)$,支配集问题要求找到一个最小基数的集合 $D \subseteq V$,使得每个顶点要么属于 $D$,要么与 $D$ 中的某个顶点相邻。尽管由于支配集问题是 W[2]-难解的,在一般图上进行核化算法的希望不大,但数据归约规则在实践中被广泛使用。在此背景下,Alber、Fellows 和 Niedermeier [JACM 2004] 提出的 Rule1 已被证明非常有效,但其在一般图上的最佳已知运行时间为 $\mathcal{O}(n^3)$($= \mathcal{O}(nm)$)。在本研究中,我们提出了据我们所知第一个在一般图上实现 $\mathcal{O}(n + m)$ 时间复杂度的 Rule1 算法。此外,我们提出了简单但具有实际意义的扩展,以进一步剪枝输入实例。我们通过实验验证了所提方法的实用性,补充了理论主张。在包含真实世界和合成网络的大规模数据集上,平均而言,我们观察到速度提升超过一个数量级,同时相较于原始形式,移除了 $59.8\times$ 更多的节点和 $410.9\times$ 更多的边。

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