Since computing most variants of the subgraph counting problem in general graphs is conjectured to be hard, it is natural to try and design fast algorithms for restricted families of graphs. One such family that has been extensively studied is that of graphs of bounded degeneracy (e.g., planar graphs). This line of work, which started in the early 80's, culminated in a recent work of Gishboliner et al., which highlighted the importance of the task of counting homomorphic copies of cycles in graphs of bounded degeneracy. Our main result in this paper is a surprisingly tight relation between the above task and the well-studied problem of detecting (standard) copies of directed cycles in general directed graphs. More precisely, we prove the following: 1. One can compute the number of homomorphic copies of $C_{2k}$ and $C_{2k+1}$ in $n$-vertex graphs of bounded degeneracy in time $O(n^{d_{k}})$, where $d_k$ is the exponent of the fastest known algorithm for detecting directed copies of $C_k$ in general $m$-edge digraphs. 2. Conversely, one can transform any $n^{b_{k}}$ algorithm for computing the number of homomorphic copies of $C_{2k}$ or of $C_{2k+1}$ in $n$-vertex graphs of bounded degeneracy, into an $\tilde{O}(m^{b_{k}})$ time algorithm for detecting directed copies of $C_k$ in general $m$-edge digraphs. We emphasize that our first result does not use a black-box reduction (as opposed to the second result which does). Instead, we design an algorithm for computing the number of $C_{2k}$-homomorphisms (or $C_{2k+1}$-homomorphisms) in degenerate graphs and show that one part of its analysis can be reduced to the analysis of the fastest known algorithm for detecting directed $k$-cycles in general digraphs, which was carried out in a recent breakthrough of Dalirrooyfard, Vuong and Vassilevska Williams.


翻译:由于在一般图形中计算子数问题的大多数变体被推断成硬, 因此自然会尝试和设计用于限制的图形家族的快速算法。 已经广泛研究的其中一个这样的家族是受约束的变异性图表( 例如平面图 ) 。 这行始于80年代初期, 最终产生了Gishboliner 等人最近的工作, 它凸显了在捆绑的变异性图表中计算周期的同质性副本的重要性。 我们本文的主要结果是上述任务和被广泛研究过的检测( 标准) 直接的图表( 例如平面图 ) 。 这行工作在80年代初开始, 最终导致Gishboliner 等人最近的工作, 它强调了在美元中以美元计数计算 的周期。 以美元 美元 平面的平面计算结果, 以美元 美元 平面的平面计算, 以美元平面的平面分析为美元 。 以美元平面平面的平面分析 以美元平面平面的平面分析 。

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