The Subgraph Isomorphism problem is of considerable importance in computer science. We examine the problem when the pattern graph H is of bounded treewidth, as occurs in a variety of applications. This problem has a well-known algorithm via color-coding that runs in time $O(n^{tw(H)+1})$ [Alon, Yuster, Zwick'95], where $n$ is the number of vertices of the host graph $G$. While there are pattern graphs known for which Subgraph Isomorphism can be solved in an improved running time of $O(n^{tw(H)+1-\varepsilon})$ or even faster (e.g. for $k$-cliques), it is not known whether such improvements are possible for all patterns. The only known lower bound rules out time $n^{o(tw(H) / \log(tw(H)))}$ for any class of patterns of unbounded treewidth assuming the Exponential Time Hypothesis [Marx'07]. In this paper, we demonstrate the existence of maximally hard pattern graphs $H$ that require time $n^{tw(H)+1-o(1)}$. Specifically, under the Strong Exponential Time Hypothesis (SETH), a standard assumption from fine-grained complexity theory, we prove the following asymptotic statement for large treewidth $t$: For any $\varepsilon > 0$ there exists $t \ge 3$ and a pattern graph $H$ of treewidth $t$ such that Subgraph Isomorphism on pattern $H$ has no algorithm running in time $O(n^{t+1-\varepsilon})$. Under the more recent 3-uniform Hyperclique hypothesis, we even obtain tight lower bounds for each specific treewidth $t \ge 3$: For any $t \ge 3$ there exists a pattern graph $H$ of treewidth $t$ such that for any $\varepsilon>0$ Subgraph Isomorphism on pattern $H$ has no algorithm running in time $O(n^{t+1-\varepsilon})$. In addition to these main results, we explore (1) colored and uncolored problem variants (and why they are equivalent for most cases), (2) Subgraph Isomorphism for $tw < 3$, (3) Subgraph Isomorphism parameterized by pathwidth, and (4) a weighted problem variant.
翻译:在计算机科学中, Subgraph Ismophism 问题是相当重要的。 我们检查了当模式图H 被捆绑在Oswi值上时的问题, 正如在各种应用中发生的那样。 这个问题有一个通过颜色编码而广为人知的算法, 它在时间里运行$( 美元, 尤斯特, Zwick' 95 ) 美元, 美元是主机图的悬念数 $G美元。 虽然有一些模式图, 以美元为基准图( 美元), 以美元为基准, 美元为美元, 美元 美元 美元 美元, 美元 美元 美元 美元 美元 美元 美元 美元 美元 。 唯一已知的更低的束缚规则 美元 美元 美元 ( 美元 / 美元 美元 美元 美元 。 任何类型的不结点图( 美元 美元 美元 美元 ), 美元 美元 美元 美元 美元 美元 美元 美元 美元, 美元 美元 以 美元 美元 美元 美元 美元 以 美元 美元 美元 以 美元 美元 以 以 美元 美元 以 以 美元 美元 以 以 美元 以 以 美元 以 以 以 以 以 以 以 以 美元 美元 美元 以 以 以 以 以 以 以 以 美元 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 美元 以 以 以 以 以 以 美元 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以