We introduce and study a new graph parameter, called the \emph{isometric path complexity} of a graph. A path is \emph{isometric} if it is a shortest path between its endpoints. A set $S$ of isometric paths of a graph $G$ is ``$v$-rooted'', where $v$ is a vertex of $G$, if $v$ is one of the end-vertices of all the isometric paths in $S$. The \emph{isometric path complexity} of a graph $G$, denoted by $ipco(G)$, is the minimum integer $k$ such that there exists a vertex $v\in V(G)$ satisfying the following property: the vertices of any isometric path $P$ of $G$ can be covered by $k$ many $v$-rooted isometric paths. First, we provide an $O(n^2 m)$-time algorithm to compute the isometric path complexity of a graph with $n$ vertices and $m$ edges. Then we show that the isometric path complexity remains bounded for graphs in three seemingly unrelated graph classes, namely, \emph{hyperbolic graphs}, \emph{(theta, prism, pyramid)-free graphs}, and \emph{outerstring graphs}. Hyperbolic graphs are extensively studied in \emph{Metric Graph Theory}. The class of (theta, prism, pyramid)-free graphs are extensively studied in \emph{Structural Graph Theory}, \textit{e.g.} in the context of the \emph{Strong Perfect Graph Theorem}. The class of outerstring graphs is studied in \emph{Geometric Graph Theory} and \emph{Computational Geometry}. Our results also show that the distance functions of these (structurally) different graph classes are more similar than previously thought. Finally, we apply this new concept to the ISOMETRIC PATH COVER problem, whose objective is to cover all vertices of a graph with a minimum number of isometric paths, to all the above graph classes. Indeed, we show that if the isometric path complexity of a graph $G$ is bounded by a constant, then there exists a polynomial-time constant-factor approximation algorithm for ISOMETRIC PATH COVER.


翻译:我们引入并研究了一种新的图参数,称为图的\emph{等距路径复杂度}。路径如果是它的端点之间的最短路径,则称之为\emph{等距}。对于一个图 $G$,如果一组等距路径的集合 $S$ 满足 $v$ 是 $S$ 中所有等距路径的末端之一,那么我们称其为``$v$-根路径''。图 $G$ 的\emph{等距路径复杂度},记作 $ipco(G)$,是满足以下属性的最小整数 $k$,其中 $v\in V(G)$ 是一个顶点:$G$ 的任意等距路径 $P$ 的顶点都可以被 $k$ 个 $v$-根等距路径覆盖。首先,我们提供了一个 $O(n^2 m)$ 时间的算法,以计算 $n$ 个顶点和 $m$ 条边的图的等距路径复杂度。然后我们证明等距路径复杂度对于三个看似无关的图类,即\emph{双曲线图}、\emph{($\theta$,棱柱,棱锥)-自由图}和\emph{外链图},仍然保持有界。\emph{Metric Graph Theory} 中广泛研究\emph{双曲线图}。\emph{结构图理论}中广泛研究\emph{($\theta$,棱柱,棱锥)-自由图},例如,研究\emph{强完美图定理}时使用该类图。外链图在\emph{几何图论}和\emph{计算几何}中研究。我们的结果还表明,这些(结构上)不同的图类的距离函数比以前认为的更相似。最后,我们将这个新概念应用于ISOMETRIC PATH COVER问题,该问题的目标是用尽可能少的等距路径覆盖图的所有顶点,在以上所有图类中分别进行查询。我们确实表明,如果图 $G$ 的等距路径复杂度被一个常数限制,则存在一个多项式时间常数因子近似算法来解决ISOMETRIC PATH COVER问题。

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