Можно ли добиться дальнейшего ускорения расчета характеристик связности случайного графа?
Автор: Родионов Алексей Сергеевич
Журнал: Проблемы информатики @problem-info
Рубрика: Теоретическая и системная информатика
Статья в выпуске: 4 (57), 2022 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматриваются новые приемы ускорения расчета некоторых характеристик связности случайного графа (вероятность связности подмножества вершин, средняя вероятность парной связности, математическое ожидание размера связного подграфа, содержащего выделенную вершину и некоторые другие). Эти задачи имеют доказано неполиномиальный характер сложности, и, как правило, ищутся приближенные решения. Однако, с развитием вычислительной техники и разработкой параллельных алгоритмов, нахождение точных решений стало возможным для графов достаточно большой размерности для решения практических задач (до сотен вершин в случае небольшой их средней степени). Кроме того, найденные за годы решения этих задач, в том числе автором доклада, различные приемы редукции и декомпозиции позволили еще больше поднять размерность рассчитываемых графов. Точные решения необходимы также для оценки качества приближенных алгоритмов. Предлагаются различные приемы развития известного метода факторизации, когда вместо рассмотрения одного разрешающего ребра рассматривается некоторое небольшое подмножество специальным образом выбранных ребер.
Случайные графы, сетевая надежность, алгоритмы
Короткий адрес: https://sciup.org/143179893
IDR: 143179893 | DOI: 10.24412/2073-0667-2022-4-39-52
Список литературы Можно ли добиться дальнейшего ускорения расчета характеристик связности случайного графа?
- Moore E., Shannon C. Reliable circuits using less reliable relays // Journal of the Franklin Institute. 1956. V. 262, N 3. P. 191 208. [Electron. Res.]: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0016003256905592.
- Colbourn C. J. The Combinatorics of Network Reliability. New York, NY, USA: Oxford University Press, Inc., 1987. ISBN: 0195049209.
- Jereb L. Network reliability: models, measure and analysis // Proceedings of the 6th IFIP Workshop on Performance Modeling and Evaluation of ATM Networks. 1998. P. T02/1-T02/10.
- Lucet C., Manouvrier J.-F. Statistical and Probabilistic Models in Reliability / ed. by lonescu D. C., Limnios N. Boston, MA: Birkhauser Boston, 1999. P. 279-294. ISBN: 978-1-4612-1782-4.
- Shooman A. M. Algorithms for network reliability and connection availability analysis // Electro/95 International. Professional Program Proceedings. 1995. Jun. P. 309-333.
- Hofstad R. v. d. Random Graphs and Complex Networks. Cambridge University Press, 2016. V. 1 of Cambridge Series in Statistical and Probabilistic Mathematics.
- Erdos P., Renyi A. On Random Graphs I // Publicationes Mathematicae Debrecen. 1959. V. 6. P. 290-297.
- Erdos P., Renyi A. On the evolution of random graphs // Publ. Math. Inst. Hungary. Acad. Sci. 1960. V. 5. P. 17-61.
- Chari M., Colbourn C. J. Reliability Polynomials: A Survey // Journal of Combinatorics, Information & System Sciences. 1997. V. 22. P. 177-192.
- Some open problems on reliability polynomials: Rep.: 93 28 / University of Waterloo; executor: Colbourn C. J. Waterloo, Ontario, Canada: 1999.
- Ellis-Monaghan J. A., Merino C. Graph Polynomials and Their Applications I: The Tutte Polynomial // Structural Analysis of Complex Networks / Ed. by Dehmer M. Birkhauser Boston, 2011. P. 219255. [Electron. Res.]: http://dx.doi.org/10.1007/978-0-8176-4789-6\_9.
- Oxley J., Welsh D. Chromatic, Flow and Reliability Polynomials: The Complexity of Their Coe cients // Comb. Probab. Comput. 2002. July. V. 11, N 4. P. 403 426. [Electron. Res.]: http://dx.doi.org/10.1017/S0963548302005175.
- Valiant L. G. The Complexity of Enumeration and Reliability Problems // SIAM Journal on Computing. 1979. V. 8, N 3. P. 410-421. [Electron. Res.]: http://dx.doi.org/10.1137/0208032.
- A Note on the Complexity of Network Reliability Problems / Bodlaender H. L., Bodlaender H. L., Wolle T., and Wolle T. // IEEE Trans. Inf. Theory. 2004. V. 47. P. 1971-1988.
- Shooman A. M., Kershenbaum A. Exact graph-reduction algorithms for network reliability analysis // Global Telecommunications Conference, 1991. GLOBECOM '91. Countdown to the New Millennium. Featuring a Mini-Theme on: Personal Communications Services. 1991. Dec. V. 2. P. 1412-1420.
- Yubin Chen, Jiandong Li, Jiamo Chen. A new algorithm for network probabilistic connectivity // MILCOM 1999. IEEE Military Communications. Conference Proceedings (Cat. N 99CH36341). 1999. V. 2. P. 920 923.
- Page L., Perry J. A practical implementation of the factoring theorem for network reliability // Reliability, IEEE Transactions on. 1988. Aug. V. 37, N 3. P. 259 267.
- Rodionova Î. Ê., Rodionov A. S., Choo H. Network Probabilistic Connectivity: Optimal Structures // Computational Science and Its Applications ICCSA 2004 / Ed. by Lagana A., Gavrilova M. L., Kumar V. et al. Springer Berlin Heidelberg, 2004. V. 3046 of Lecture Notes in Computer Science. P. 431 440. [Electron. Res.]: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-24768-5\_46.
- Rodionova Î. K., Rodionov A. S., Choo H. Network Probabilistic Connectivity: Exact Calculation with Use of Chains // Computational Science ICCS 2004, 4th International Conference, Part I / Ed. by Bubak M., van Albada G. D., Sloot P. M. A., Dongarra J. Springer Berlin Heidelberg, 2004. V. 3036 of Lecture Notes in Computer Science. P. 565 568.
- Gadyatskaya O., Rodionov A., Rodionova O. Using EDP-Polynomials for Network Structure Optimization // Computational Science and Its Applications ICCSA 2008 / ed. by Gervasi O., Murgante B., Lagana A. et al. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 2008. P. 10611076.
- Cumulative Updating of Network Reliability with Diameter Constraint and Network Topology Optimization / Migov D. A., Nechunaeva K. A., Nesterov S. N., and Rodionov A. S. // Computational Science and Its Applications ICCSA 2016 16th International Conference, Beijing, China, July 4 7, 2016, Proceedings, Part I / ed. by Gervasi O., Murgante B., Misra S. et al. Springer. 2016. V. 9786 of Lecture Notes in Computer Science. P. 141 152. [Electron. Res.]: https://doi.org/10.1007/978-3-319-42085-l\_ll.
- Rodionov A., Rodionova O. Network Probabilistic Connectivity: Expectation of a Number of Disconnected Pairs of Nodes // High Performance Computing and Communications / Ed. by Gerndt M., Kranzlmuller D. Springer Berlin Heidelberg, 2006. V. 4208 of Lecture Notes in Computer Science. P. 101 109. [Electron. Res.]: http://dx.doi.org/10.1007/11847366\_ll.
- Rodionov A. Speeding up computation of the reliability polynomial coe cients for a random graph // Automation and Remote Control. 2011. V. 72, N 7. P. 1474 1486. [Electron. Res.]: http://dx.doi.org/10.1134/S0005117911070150.
- Rodionov A. S., Migov D. A., Rodionova Î. K. Improvements in the E ciency of Cumulative Updating of All-Terminal Network Reliability // IEEE Trans. Reliab. 2012. V. 61, N 2. P. 460 465. [Electron. Res.]: https://doi.org/10.1109/TR.2012.2196172.
- Rodionov A. S., Rodionova Î. K. Exact bounds for average pairwise network reliability // The 7th International Conference on Ubiquitous Information Management and Communication, ICUIMC'13, Kota Kinabalu, Malaysia. January 17 19, 2013. ACM. 2013. P. 45. [Electron. Res.]: http://doi.acm.org/10.1145/2448556.2448601.
- Rodionov A. S., Rodionova Î. K. Reliability Polynomials: Obtaining and Usage // Mathematical models and computational methods, 2nd Edition. Proc, of the Int. Conf. Applied Mathematics, Computational Science & Engineering, Crete, Greece, October 17 19, 2015. INASE. 2015. P. 226 229.
- Rodionov A. S., Migov D. A. New Advantages of Using Chains in Computing Multiple s – t Probabilistic Connectivity // Computational Science and Its Applications ICCSA 2016 16th International Conference, Beijing, China, July 4 7, 2016, Proceedings, Part II / ed. by Gervasi O., Murgante B., Misra S. et al. Springer. 2016. V. 9787 of Lecture Notes in Computer Science. P. 117 128. [Electron. Res.]: https://doi.org/10.1007/978-3-319-42108-7\_9.
- Satyanarayana A., Chang M. K. Network reliability and the factoring theorem // Networks. 1983. V. 13. N 1. P. 107-120. [Electron. Res.]: http://dx.doi.org/10.1002/net.3230130107.
- Migov D. A., Rodionov A. S. Parallel Implementation of the Factoring Method for Network Reliability Calculation // Computational Science and Its Applications ICCSA 2014 - 14th International Conference, Guimaraes, Portugal, June 30 - July 3, 2014, Proceedings, Part VI / ed. By Murgante B., Misra S., Rocha A. M. A. C. et al. Springer. 2014. V. 8584 of Lecture Notes in Computer Science. P. 654-664. [Electron. Res.]: https://doi.org/10.1007/978-3-319-09153-2\_49.
- Rodionov A. S. Some New Ideas About Obtaining and Estimating Reliability Polynomial of a Random Graph // 2020 14th International Conference on Ubiquitous Information Management and Communication (IMCOM). 2020. P. 1-5.
- Network Probabilistic Connectivity: Using Node Cuts / Migov D. A., Rodionova Î. K., Rodionov A. S., and Choo H. // Emerging Directions in Embedded and Ubiquitous Computing / ed. by Zhou X., Sokolsky O., Yan L. et al. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 2006. P. 702-709.
- Gadyatskaya Î., Rodionov A. S., Rodionova Î. Ê. Using EDP-Polynomials for Network Structure Optimization // Computational Science and Its Applications - ICCSA 2008, International Conference, Perugia, Italy, June 30 - July 3, 2008, Proceedings, Part II / ed. by Gervasi O., Murgante B., Lagana A. et al. Springer. 2008. V. 5073 of Lecture Notes in Computer Science. P. 10611076. [Electron. Res.]: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-69848-7\_84.