“分数团覆盖给出一个无需舍入的通信上界证书:团权重覆盖每个顶点,对偶给顶点赋质量并限制每个团总量。五边形两侧各取半权,目标都为 $5/2$,证明LP最优;再构造乘积团,才能把这份一次证书推广到…”
形式陈述
设
分数团覆盖数是线性规划
它也等于补图的分数着色数。对Shannon 零错误容量,有
更强地,每份总权重为
这里只需一个可行覆盖就能给上界,不必先求出最优解。[1, §I]
直觉
一个团内的输入两两可能混淆,所以零错误码最多从这个团取一个点。如果每个顶点都已经被团覆盖了一次,那么把每个团“最多贡献一个码字”的限制按权重相加,就得到全局上界。
分数权重允许重复使用彼此重叠的团,每个只支付部分成本。这有时比把顶点分成整数个团更省,也更容易写出对称证书。
例子与边界
五边形为什么得到5/2
整数团覆盖至少需要3个团:两条边最多覆盖4个顶点,第三个团不可少。因此分数化确实改善了3这一粗界。
不过 theta进一步把上界降到
一次码的加权计数
设
第一步使用每个被选顶点获得至少1的覆盖,最后一步使用独立集与任意团至多相交一点。不能把“一个输出对应的支持集合”以外的团排除掉:本页的图参数允许所有团,这一点将在反馈问题中形成区别。
乘积证书如何覆盖整个长码
若
给这个乘积团权重
而全部乘积团总权重为
推论与应用
对偶证书证明覆盖已最优
由线性规划对偶,
对偶给每个顶点质量,限制任一团承载的总质量不超过1。它不是一般独立集的凸包:顶点质量可以同时分布在相邻点上。
在
有时文献把这个对偶量记作
可核验不等于总能迅速求最优
给出若干团及权重后,覆盖条件和总权重可直接检查;若只列出部分团,得到的最优覆盖仍是容量上界,但可能比使用全部团更松。
图可能有指数多个极大团。因此“这是LP”不表示已经有一个关于图顶点数的无条件多项式时间精确算法;还须处理约束或变量的生成问题。作为教学与证明工具,显式对称覆盖常比完整求最优更有用。
反馈容量也出现分数打包,但约束来自信道实际输出的支持超边,而非图的全部团。两份LP的数值在五边形信道中恰好相同,一般却不能因此互换。
参考资料
- [1] László Lovász, On the Shannon Capacity of a Graph, 1979,§I:分数顶点打包、对偶团覆盖与 Shannon 上界。本文展开乘积覆盖证书与五边形原对偶计算。