Recently, many studies have been devoted to finding diverse solutions in classical combinatorial problems, such as VERTEX COVER (Baste et al., IJCAI'20), MATCHING (Fomin et al., ISAAC'20) and SPANNING TREE (Hanaka et al., AAAI'21). Finding diverse solutions is important in settings where the user is not able to specify all criteria of the desired solution. Motivated by an application in the field of system identification, we initiate the algorithmic study of $k$-DIVERSE MINIMUM $s$-$t$ CUTS which, given a directed graph $G = (V, E)$, two specified vertices $s,t \in V$, and an integer $k > 0$, asks for a collection of $k$ minimum $s$-$t$ cuts in $G$ that has maximum diversity. We investigate the complexity of the problem for two diversity measures for a collection of cuts: (i) the sum of all pairwise Hamming distances, and (ii) the cardinality of the union of cuts in the collection. We prove that $k$-DIVERSE MINIMUM $s$-$t$ CUTS can be solved in strongly polynomial time for both diversity measures via submodular function minimization. We obtain this result by establishing a connection between ordered collections of minimum $s$-$t$ cuts and the theory of distributive lattices. When restricted to finding only collections of mutually disjoint solutions, we provide a more practical algorithm that finds a maximum set of pairwise disjoint minimum $s$-$t$ cuts. For graphs with small minimum $s$-$t$ cut, it runs in the time of a single max-flow computation. These results stand in contrast to the problem of finding $k$ diverse global minimum cuts -- which is known to be NP-hard even for the disjoint case (Hanaka et al., 2022) -- and partially answer a long-standing open question of Wagner (Networks 1990) about improving the complexity of finding disjoint collections of minimum $s$-$t$ cuts.


翻译:最近,许多研究致力于在传统组合问题中找到多种解决方案,如VERTEX COVER(Baste et al.,IJCAI'20美元)、Mutching(Fomn et al.,ISAAC'20)和Spanning TREE(Hanaka et al.,AAAI'21)。在用户无法指定所有理想解决方案标准的环境下,找到多种解决方案非常重要。在系统识别领域的应用下,我们启动了对美元-DIVERSE MINIMUS美元-美元美元CUTS(Baste ete et $-$美元美元)的算法研究。根据一个直接的GODG 美元=(V,E,IS'20美元) 和SPANNUDR 美元最低的算法, 要求收集至少美元(美元)美元-美元(美元) 美元(OGGOFR)的削减问题。我们调查了两种多样化计量方法的复杂问题:(i)所有数字的比数加起来, 美元 美元距离的平调的平的平调的平的距离, 平的平调的平的平的平的平的距离, 平的平调的平的平的平的平的平的平的平的平的平的平的平的平的平的平的平的平调的调的调的调的调的调的调的调的调的调的调的调的调的调的调的比。</s>

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