We study a new algorithmic process of graph growth. The process starts from a single initial vertex u_0 and operates in discrete time-steps, called \emph{slots}. In every slot t\geq 1, the process updates the current graph instance to generate the next graph instance G_t, according to the following vertex and edge update rules. The process first sets G_t = G_{t-1}. Then, for every u\in V(G_{t-1}), it adds at most one new vertex u' to V(G_{t}) and adds the edge uu' to E(G_{t}) alongside any subset of the edges {vu' | v\in V(G_{t-1}) is at distance at most d-1 from u in G_{t-1}}, for some integer d\geq 1 fixed in advance. The process completes slot t after removing any (possibly empty) subset of edges from E(G_{t}). Removed edges are called \emph{excess edges}. Graph Growth Problem: Given a graph family F, we are asked to design a \emph{centralized} algorithm that on any input \emph{target graph} G\in F, will output such a process growing G, called a \emph{growth schedule} for G. Additionally, the algorithm should try to minimize the total number of slots k and of excess edges \ell used by the process. We show that the most interesting case is when d = 2 and that there is a natural trade-off between k and \ell. On the positive side, we provide polynomial-time algorithms that decide whether a graph has growth schedules of k=\log n or k=n-1 slots. Along the way, interesting connections to cop-win graphs are being revealed. On the negative side, we establish strong hardness results for determining the minimum number of slots required to grow a graph with zero excess edges. We then show that trees can be grown in a polylogarithmic number of slots using linearly many excess edges, while planar graphs can be grown in a logarithmic number of slots using O(n\log n) excess edges. We also give lower bounds on the number of excess edges, when the number of slots is fixed to \log n.


翻译:我们研究了一个新的图形增长算法进程。 然后, 对于每一个 u\ in V (G ⁇ t-1}), 这一过程从一个初始的顶端 u_0 开始, 并且以离散的时间步骤运行, 叫做\ emph{slots} 。 在每一个t\ geq 1 中, 流程更新当前图形实例以生成下一个图形实例 G_ t, 根据以下的顶端和边缘更新规则。 程序首先设置 G_ t = G ⁇ t-1 。 然后, 对于每个 u\ in V (G ⁇ t-1}, 过程最多增加一个新的顶端 u' to V (G ⁇ t} ), 并且将边缘添加到 E (G ⁇ t} ) ; 将 边缘 边缘添加到 E (G} } g\\\\ t} 。 在任何边缘端端端端端中, 以 G\\\ \ \ ph= train rial priends a friends.

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