Dagstuhl Reports : Volume 1, Issue 2, February 2011

Online Privacy: Towards Informational Self-Determination on the Internet (Dagstuhl Perspectives Workshop 11061) : Simone Fischer-Hübner, Chris Hoofnagle, Kai Rannenberg, Michael Waidner, Ioannis Krontiris and Michael Marhöfer Self-Repairing Programs (Dagstuhl Seminar 11062) : Mauro Pezzé, Martin C. Rinard, Westley Weimer and Andreas Zeller Theory and Applications of Graph Searching Problems (Dagstuhl Seminar 11071) : Fedor V. Fomin, Pierre Fraigniaud, Stephan Kreutzer and Dimitrios M. Thilikos Combinatorial and Algorithmic Aspects of Sequence Processing (Dagstuhl Seminar 11081) : Maxime Crochemore, Lila Kari, Mehryar Mohri and Dirk Nowotka Packing and Scheduling Algorithms for Information and Communication Services (Dagstuhl Seminar 11091) Klaus Jansen, Claire Mathieu, Hadas Shachnai and Neal E. Youn

Research questions and approaches for computational thinking curricula design

Teaching computational thinking (CT) is argued to be necessary but also admitted to be a very challenging task. The reasons for this, are: i) no general agreement on what computational thinking is; ii) no clear idea nor evidential support on how to teach CT in an effective way. Hence, there is a need to develop a common approach and a shared understanding of the scope of computational thinking and of effective means of teaching CT. Thus, the consequent ambition is to utilize the preliminary and further research outcomes on CT for the education of the prospective teachers of secondary, further and higher/adult education curricula

Linear Time Subgraph Counting, Graph Degeneracy, and the Chasm at Size Six

We consider the problem of counting all k-vertex subgraphs in an input graph, for any constant k. This problem (denoted SUB-CNT_k) has been studied extensively in both theory and practice. In a classic result, Chiba and Nishizeki (SICOMP 85) gave linear time algorithms for clique and 4-cycle counting for bounded degeneracy graphs. This is a rich class of sparse graphs that contains, for example, all minor-free families and preferential attachment graphs. The techniques from this result have inspired a number of recent practical algorithms for SUB-CNT_k. Towards a better understanding of the limits of these techniques, we ask: for what values of k can SUB_CNT_k be solved in linear time? We discover a chasm at k=6. Specifically, we prove that for k < 6, SUB_CNT_k can be solved in linear time. Assuming a standard conjecture in fine-grained complexity, we prove that for all k ? 6, SUB-CNT_k cannot be solved even in near-linear time

Solution of the problem to optimize two-stage allocation of the material flows

Purpose is to elaborate innovative and computationally efficient algorithm to solve a problem of two-stage allocation of the resource occupying continuously the specified area as well as to demonstrate the behaviour of the corresponding software developed with the application of advanced geoinformation resources. Methods. The paper involves mathematical models of continuous problems of optimal set partitioning with additional connections to describe two-stage problems of the material resource location-allocation. Methodological approach to the solution of such problems is based on the idea of their reducing to the problem of infinite-dimensional mathematical programming for which it is possible to obtain optimal solution in the analytical form with the help of the duality theory apparatus. Findings. Mathematical and algorithmic apparatus to solve continuous problems applied for the fuel and energy complex enterprises has been developed making it possible to obtain partitioning of the deposit area into the zones, which are allocated to the first-stage enterprises exclusively. The algorithm operation is demonstrated in terms of the model problem solution. It has been defined that the benefit of such an approach is in the reducing of the infinite-dimensional programming problem to the problem of finite-dimensional nonsmoth optimization since the obtained computational formulas contain the parameters which determination requires solving the auxiliary problem of the nondifferentiable function optimization. Originality. Contrary to the previously developed one, the proposed algorithm does not stipulate solution of the linear programming problem of transport type at each step of the iteration process. Such a problem is solved only once to find the volumes of product transportation between the first-stage and second-stage enterprises after defining all the optimal solution components. Practical implications. Software implementation of the algorithm on the basis of the advanced geoinformation technologies and resources, in terms of the solution of raw material flow allocation, makes it possible to reduce total costs for the management of material flows and their accompanying service flows throughout the whole logistic chain beginning from the flow origin up to its arrival to the end user.Мета. Розробка нового, ефективного з обчислювальної точки зору, алгоритму вирішення двоетапної задачі розподілу ресурсу, що безперервно займає задану область, а також демонстрація роботи відповідного програмного забезпечення, створеного із застосуванням сучасних геоінформаційних ресурсів. Методика. У роботі використано математичні моделі безперервних задач оптимального розбиття множин з додатковими зв’язками для опису двоетапних задач розміщення-розподілу матеріальних ресурсів. Методичний підхід вирішення таких задач заснований на ідеї зведення їх до задач нескінченномірного математичного програмування, для яких, в свою чергу, за допомогою застосування апарату теорії подвійності оптимальне рішення вдається отримати в аналітичному вигляді. Результати. Розроблено математичний і алгоритмічний апарати вирішення безперервних задач у застосуванні до підприємств паливно-енергетичного комплексу, що дозволяє отримувати розбиття району родовища на зони, за якими підприємства першого етапу закріплюються монопольно. Робота алгоритму показана на прикладі вирішення модельної задачі. Визначено, що виграшем описаного підходу є зведення задачі нескінченномірного програмування до задачі кінцево-мірної негладкою оптимізації, оскільки отримані розрахункові формули містять параметри, для визначення яких потрібно вирішити допоміжну задачу оптимізації недиференційованої функції. Наукова новизна. Представлений алгоритм, на відміну від раніше розробленого, не передбачає вирішення задачі лінійного програмування транспортного типу на кожному кроці ітераційного процесу. Така задача вирішується лише один раз для відшукання обсягів перевезень продукції між підприємствами першого і другого етапів після того, як знайдені інші компоненти оптимального рішення. Практична значимість. Програмна реалізація алгоритму на основі сучасних геоінформаційних технологій і ресурсів на прикладі сировинних потоків дозволяє зменшити сукупність витрат, пов’язаних з управлінням матеріальними і супутніми їм сервісними потоками по всьому логістичному ланцюгу, від моменту зародження потоку до надходження його кінцевому споживачеві.Цель. Разработка нового, эффективного с вычислительной точки зрения, алгоритма решения двухэтапной задачи распределения ресурса, непрерывно занимаемого заданную область, а также демонстрация работы соответствующего программного обеспечения, созданного с применением современных геоинформационных ресурсов. Методика. В работе использованы математические модели непрерывных задач оптимального разбиения множеств с дополнительными связями для описания двухэтапных задач размещения-распределения материальных ресурсов. Методический подход решения таких задач основан на идее сведения их к задачам бесконечномерного математического программирования, для которых, в свою очередь, с помощью применения аппарата теории двойственности оптимальное решение удается получить в аналитическом виде. Результаты. Разработан математический и алгоритмический аппарат решения непрерывных задач в применении к предприятиям топливно-энергетического комплекса, который позволяет получать разбиение района месторождения на зоны, за которыми предприятия первого этапа закрепляются монопольно. Работа алгоритма показана на примере решения модельной задачи. Определено, что выигрышем описанного подхода является сведение задачи бесконечномерного программирования к задаче конечномерной негладкой оптимизации, поскольку полученные расчетные формулы содержат параметры, для определения которых нужно решить вспомогательную задачу оптимизации недифференцируемой функции. Научная новизна. Представленный алгоритм, в отличие от ранее разработанного, не предусматривает решения задачи линейного программирования транспортного типа на каждом шаге итерационного процесса. Такая задача решается лишь один раз для отыскания объемов перевозок продукции между предприятиями первого и второго этапов после того, как найдены остальные компоненты оптимального решения. Практическая значимость. Программная реализация алгоритма на основе современных геоинформационных технологий и ресурсов на примере решения задачи распределения сырьевых потоков позволяет уменьшить совокупность издержек, связанных с управлением материальными и сопутствующими им сервисными потоками по всей логистической цепи, от момента зарождения потока до поступления его конечному потребителю.The study has been carried out in terms of the support, provision with the initial data (for correct problem statement and search for optimal solution), and cooperation of research scientists of the Institute of Geotechnical Mechanics named by N. Poljakov of National Academy of Sciences of Ukraine and the Department of System Analysis and Control of Dnipro University of Technology

Hybrid Metaheuristics for Classification Problems

High accuracy and short amount of time are required for the solutions of many classification problems such as real-world classification problems. Due to the practical importance of many classification problems (such as crime detection), many algorithms have been developed to tackle them. For years, metaheuristics (MHs) have been successfully used for solving classification problems. Recently, hybrid metaheuristics have been successfully used for many real-world optimization problems such as flight scheduling and load balancing in telecommunication networks. This chapter investigates the use of this new interdisciplinary field for classification problems. Moreover, it demonstrates the forms of metaheuristics hybridization as well as designing a new hybrid metaheuristic

Dagstuhl News January - December 2011

"Dagstuhl News" is a publication edited especially for the members of the Foundation "Informatikzentrum Schloss Dagstuhl" to thank them for their support. The News give a summary of the scientific work being done in Dagstuhl. Each Dagstuhl Seminar is presented by a small abstract describing the contents and scientific highlights of the seminar as well as the perspectives or challenges of the research topic

Computing k-Modal Embeddings of Planar Digraphs

Given a planar digraph G and a positive even integer k, an embedding of G in the plane is k-modal, if every vertex of G is incident to at most k pairs of consecutive edges with opposite orientations, i.e., the incoming and the outgoing edges at each vertex are grouped by the embedding into at most k sets of consecutive edges with the same orientation. In this paper, we study the k-Modality problem, which asks for the existence of a k-modal embedding of a planar digraph. This combinatorial problem is at the very core of a variety of constrained embedding questions for planar digraphs and flat clustered networks. First, since the 2-Modality problem can be easily solved in linear time, we consider the general k-Modality problem for any value of k>2 and show that the problem is NP-complete for planar digraphs of maximum degree Delta <= k+3. We relate its computational complexity to that of two notions of planarity for flat clustered networks: Planar Intersection-Link and Planar NodeTrix representations. This allows us to answer in the strongest possible way an open question by Di Giacomo [https://doi.org/10.1007/978-3-319-73915-1_37], concerning the complexity of constructing planar NodeTrix representations of flat clustered networks with small clusters, and to address a research question by Angelini et al. [https://doi.org/10.7155/jgaa.00437], concerning intersection-link representations based on geometric objects that determine complex arrangements. On the positive side, we provide a simple FPT algorithm for partial 2-trees of arbitrary degree, whose running time is exponential in k and linear in the input size. Second, motivated by the recently-introduced planar L-drawings of planar digraphs [https://doi.org/10.1007/978-3-319-73915-1_36], which require the computation of a 4-modal embedding, we focus our attention on k=4. On the algorithmic side, we show a complexity dichotomy for the 4-Modality problem with respect to Delta, by providing a linear-time algorithm for planar digraphs with Delta <= 6. This algorithmic result is based on decomposing the input digraph into its blocks via BC-trees and each of these blocks into its triconnected components via SPQR-trees. In particular, we are able to show that the constraints imposed on the embedding by the rigid triconnected components can be tackled by means of a small set of reduction rules and discover that the algorithmic core of the problem lies in special instances of NAESAT, which we prove to be always NAE-satisfiable - a result of independent interest that improves on Porschen et al. [https://doi.org/10.1007/978-3-540-24605-3_14]. Finally, on the combinatorial side, we consider outerplanar digraphs and show that any such a digraph always admits a k-modal embedding with k=4 and that this value of k is best possible for the digraphs in this family