In a strongly connected graph $G = (V,E)$, a cut arc (also called strong bridge) is an arc $e \in E$ whose removal makes the graph no longer strongly connected. Equivalently, there exist $u,v \in V$, such that all $u$-$v$ walks contain $e$. Cut arcs are a fundamental graph-theoretic notion, with countless applications, especially in reachability problems. In this paper we initiate the study of cut paths, as a generalisation of cut arcs, which we naturally define as those paths $P$ for which there exist $u,v \in V$, such that all $u$-$v$ walks contain $P$ as subwalk. We first prove various properties of cut paths and define their remainder structures, which we use to present a simple $O(m)$-time verification algorithm for a cut path ($|V| = n$, $|E| = m$). Secondly, we apply cut paths and their remainder structures to improve several reachability problems from bioinformatics. A walk is called safe if it is a subwalk of every node-covering closed walk of a strongly connected graph. Multi-safety is defined analogously, by considering node-covering sets of closed walks instead. We show that cut paths provide simple $O(m)$-time algorithms verifying if a walk is safe or multi-safe. For multi-safety, we present the first linear time algorithm, while for safety, we present a simple algorithm where the state-of-the-art employed complex data structures. Finally we show that the simultaneous computation of remainder structures of all subwalks of a cut path can be performed in linear time. These properties yield an $O(mn)$ algorithm outputting all maximal multi-safe walks, improving over the state-of-the-art algorithm running in time $O(m^2+n^3)$. The results of this paper only scratch the surface in the study of cut paths, and we believe a rich structure of a graph can be revealed, considering the perspective of a path, instead of just an arc.


翻译:在一条紧密相连的图形$G = (V,E) $G = (V,E) 美元中, 剪切的弧( 也称为强力桥桥) 是一个 arc $ 美元 = e 美元 美元 = 美元 美元 = (V, E) 美元 。 等价 中, 美元 = 美元 = (V, E) 美元 = (V, E) 美元 是一个 arc 美元 美元 = 美元 = (E) 美元 。 在本文中, 我们开始研究切断路路径, 以直径 $ $ = e 美元 = 美元 e, 直径 = 美元 = 美元 = rcrcal = rcal = rcrcal = $ $, 我们自然定义这些路径 $P$ $ $ = 美元 美元 美元 美元 美元 = 美元 美元 美元 美元 oqol = ration ral ration ral ration ral ral = = ral = = max max max max max = max = = ma ma ma ma ma ma = ma = = ma = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = o = = = = = = = o = = = o = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = o = = = o o o o o o o = = = o = = = = o o o = = = o = = o o = = = = =

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