We revisit a classical crossword filling puzzle which already appeared in Garey\&Jonhson's book. We are given a grid with $n$ vertical and horizontal slots and a dictionary with $m$ words and are asked to place words from the dictionary in the slots so that shared cells are consistent. We attempt to pinpoint the source of intractability of this problem by taking into account the structure of the grid graph, which contains a vertex for each slot and an edge if two slots intersect. Our main approach is to consider the case where this graph has a tree-like structure. Unfortunately, if we impose the common rule that words cannot be reused, we show that the problem remains NP-hard even under very severe structural restrictions. The problem becomes slightly more tractable if word reuse is allowed, as we obtain an $m^{tw}$ algorithm in this case, where $tw$ is the treewidth of the grid graph. However, even in this case, we show that our algorithm cannot be improved. More strongly, we show that under the ETH the problem cannot be solved in time $m^{o(k)}$, where $k$ is the number of horizontal slots of the instance. Motivated by these mostly negative results, we consider the much more restricted case where the problem is parameterized by the number of slots $n$. Here, we show that the problem becomes FPT, but the parameter dependence is exponential in $n^2$. We show that this dependence is also justified: the existence of an algorithm with running time $2^{o(n^2)}$ would contradict the randomized ETH. Finally, we consider an optimization version of the problem, where we seek to place as many words on the grid as possible. Here it is easy to obtain a $\frac{1}{2}$-approximation, even on weighted instances. We show that this algorithm is also likely to be optimal, as obtaining a better approximation ratio in polynomial time would contradict the Unique Games Conjecture.


翻译:我们重新审视一个古典的填字谜, 这个拼字谜已经在 Garey {Jonhson 的书中出现 。 我们的主要方法就是考虑这个图表有树状结构的情况 。 不幸的是, 如果我们强制采用无法再利用的通用规则, 我们就会发现问题仍然难以解决, 即使是在非常严格的结构限制下。 如果允许重新使用字典的话, 问题会变得略为容易处理, 因为在这个案例中, $tw$是网格图的树枝。 但是, 即使在这个案例中, 我们的算法也不能改进。 更强烈地说, 我们的算法无法在 美元直径上重新使用, 我们的直径直径会显示问题是如何解决的 $ 。 我们的直径(k) 直径(roral) 也表明问题是如何在 $m@o) 直径(ral) 上显示一个问题, 直径(ral) 直径(tal) 直径(tal) 直径) 。

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