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参数化问题

Parameterized problem

实例与非负整数参数共同组成的判定问题。

形式陈述

参数化判定问题通常写成二元组 (L,κ),其中 LΣ,而

κ:ΣN

是多项式时间可计算的参数化函数。等价地,也可把实例显式写成 (x,k)QΣ×N。复杂度同时考察总输入长度 n=|x| 与参数 k;同一个经典问题选取不同参数会得到不同的参数化问题。显式参数的编码长度仍应计入普通输入规模。

直觉

不把所有输入都视为同样困难,而是隔离一个希望在实际中较小的结构量,如解大小、树宽或编辑次数,并允许代价主要集中在它上面。

例子与边界

参数化顶点覆盖询问是否有大小至多 k 的覆盖,以解大小为参数;暴力枚举 nk 虽对固定 k 为多项式,却不是 FPT 形式。若改以 nk、树宽或最大度为参数,复杂度可能完全不同。把 k=n 这样的参数机械加入任何问题不会带来有用结构。

推论与应用

参数化框架组织 FPT、XP、W 层级、核化和有界搜索树。它尤其适合描述“总体规模大,但某个组合爆炸源较小”的算法,并能把预处理后的核大小作为可证明性能指标。

参考资料
  • Rodney G. Downey and Michael R. Fellows, Fundamentals of Parameterized Complexity, Springer, 2013,Ch. 1, parameterized problems and parameterizations。
  • Marek Cygan et al., Parameterized Algorithms, Springer, 2015,Ch. 1, parameterized complexity framework。