83 research outputs found
A new proof of the flat wall theorem
We give an elementary and self-contained proof, and a numerical improvement, of a weaker form of the excluded clique minor theorem of Robertson and Seymour, the following. Let t,r >= 1 be integers, and let R = 49152t(24) (40t(2) +r). An r-wall is obtained from a 2r x r-grid by deleting every odd vertical edge in every odd row and every even vertical edge in every even row, then deleting the two resulting vertices of degree one, and finally subdividing edges arbitrarily. The vertices of degree two that existed before the subdivision are called the pegs of the r-wall. Let G be a graph with no Kt minor, and let W be an R-wall in G. We prove that there exist a set A subset of V(G) of size at most 12288t(24) and an r-subwall W' of W such that V(W') n A = 0 and W' is a flat wall in G A in the following sense. There exists a separation (X, Y) of G A such that X boolean AND Y is a subset of the vertex set of the cycle C' that bounds the outer face of W', V(W') subset of Y, every peg of W' belongs to X and the graph G[Y] can almost be drawn in the unit disk with the vertices X n Y drawn on the boundary of the disk in the order determined by C'. Here almost means that the assertion holds after repeatedly removing parts of the graph separated from X n Y by a cutset Z of size at most three, and adding all edges with both ends in Z. Our proof gives rise to an algorithm that runs in polynomial time even when r and t are part of the input instance. The proof is self-contained in the sense that it uses only results whose proofs can be found in textbooks. (C) 2017 The Authors. Published by Elsevier Inc
Interactive graph drawing with constraints
This thesis investigates the requirements for graph drawing stemming
from practical applications, and presents both theoretical as
well as practical results and approaches to handle them.
Many approaches to compute graph layouts in various drawing styles
exist, but the results are often not sufficient
for use in practice. Drawing conventions, graphical notation standards,
and user-defined requirements restrict the set of admissible
drawings. These restrictions can be formalized as constraints for the
layout computation. We investigate the requirements and give an overview
and categorization of the corresponding constraints.
Of main importance for the readability of a graph drawing is
the number of edge crossings. In case the graph is planar
it should be drawn without crossings, otherwise we should
aim to use the minimum number of crossings possible.
However, several types of constraints may impose
restrictions on the way the graph can be embedded in the plane.
These restrictions may have a strong impact on crossing minimization.
For two types of such constraints we present specific solutions
how to consider them in layout computation:
We introduce the class of so-called embedding constraints, which
restrict the order of the edges around a vertex.
For embedding constraints we describe approaches for planarity testing,
embedding, and edge insertion with the minimum number of crossings. These problems
can be solved in linear time with our approaches.
The second constraint type that we tackle are clusters. Clusters
describe a hierarchical grouping of the graph's vertices that
has to be reflected in the drawing. The complexity of the
corresponding clustered planarity testing problem for
clustered graphs is unknown so far.
We describe a technique to compute a maximum clustered planar
subgraph of a clustered graph. Our solution
is based on an Integer Linear Program (ILP) formulation and includes
also the first practical clustered planarity test for general clustered
graphs. The resulting subgraph can be used within the first step of
the planarization approach for clustered graphs.
In addition, we describe how to improve the performance
for pure clustered planarity testing by implying a branch-and-price
approach.
Large and complex graphs nowadays arise in many application domains.
These graphs require interaction
and navigation techniques to allow exploration of the underlying data.
The corresponding concepts are presented and solutions for three
practical applications are proposed: First, we describe Scaffold Hunter,
a tool for the exploration of chemical space. We show how to use
a hierarchical classification of molecules for the visual navigation in chemical space.
The resulting visualization is embedded into an interactive environment
that allows visual analysis of chemical compound databases.
Finally, two interactive
visualization approaches for two types of biological networks, protein-domain
networks and residue interaction networks, are presented.In zahlreichen Anwendungsgebieten werden Informationen als Graphen modelliert und
mithilfe dieser Graphen visualisiert. Eine ĂĽbersichtliche Darstellung hilft
bei der Analyse und unterstützt das Verständnis
bei der Präsentation von Informationen mittels graph-basierter Diagramme.
Neben allgemeinen ästhetischen Kriterien bestehen für eine solche Darstellung
Anforderungen, die sich aus der Charakteristik der Daten, etablierten Darstellungskonventionen
und der konkreten Fragestellung ergeben. Zusätzlich ist häufig eine
individuelle Anpassung der Darstellung durch den Anwender gewünscht. Diese Anforderungen können mithilfe von Nebenbedingungen
fĂĽr die Berechnung eines Layouts formuliert werden.
Trotz einer Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen aus zahlreichen Anwendungsgebieten können die meisten Anforderungen über einige generische Nebenbedingungen formuliert werden.
In dieser Arbeit untersuchen wir die Anforderungen
aus der Praxis und beschreiben eine Zuordnung zu Nebenbedingungen fĂĽr
die Layoutberechnung. Wir geben eine Ăśbersicht ĂĽber den aktuellen
Stand der Behandlung von Nebenbedingungen beim Zeichnen von Graphen
und kategorisieren diese nach grundlegenden Eigenschaften.
Von besonderer Wichtigkeit für die Qualität einer Darstellung ist die
Anzahl der Kreuzungen. Planare Graphen sollten kreuzungsfrei gezeichnet
werden, bei nicht-planaren Graphen sollte die minimale Anzahl Kreuzungen
erreicht werden. Einige Nebenbedingungen beschränken jedoch die
Möglichkeit, den Graph in die Ebene einzubetten. Dies kann starke
Auswirkungen auf das Ergebnis der Kreuzungsminimierung haben.
Zwei wichtige Typen solcher Nebenbedingungen werden in dieser Arbeit näher
untersucht. Mit den Embedding Constraints fĂĽhren wir eine Klasse
von Nebenbedingungen ein, welche die mögliche Reihenfolge der Kanten um einen Knoten
beschränken. Für diese Klasse präsentieren wir Linearzeitalgorithmen
für das Testen der Planarität und das optimale Einfügen von Kanten
unter Beachtung der Einbettungsbeschränkungen.
Der zweite Typ von Nebenbedingungen sind Cluster, die eine hierarchische
Gruppierung von Knoten vorgeben. Für das Testen der Cluster-Planarität unter
solchen Nebenbedingungen ist die Komplexität bisher unbekannt.
Wir beschreiben ein Verfahren, um einen maximalen Cluster-planaren
Untergraphen zu berechnen.
Wir nutzen dabei eine Formulierung als ganzzahliges lineares Programm
sowie einen Branch-and-Cut Ansatz zur Lösung. Das Verfahren erlaubt
auch die Bestimmung der Cluster-Planarität und
stellt damit den ersten praktischen Ansatz zum Testen
allgemeiner Clustergraphen dar. Zusätzlich
beschreiben wir eine Verbesserung für den Fall, dass lediglich Cluster-Planarität
getestet werden muss, der maximale Cluster-planare Untergraph aber nicht
von Interesse ist. FĂĽr dieses Szenario geben wir eine vereinfachte Formulierung
und präsentieren ein Lösungsverfahren, das auf einem Branch-and-Price Ansatz beruht.
In der Praxis müssen häufig sehr große oder komplexe Graphen untersucht
werden. Dazu werden entsprechende Interaktions- und Navigationsmethoden
benötigt. Wir beschreiben die entsprechenden Konzepte und stellen Lösungen
fĂĽr drei Anwendungsbereiche vor:
Zunächst beschreiben wir Scaffold Hunter, eine Software zur Navigation
im chemischen Strukturraum. Scaffold Hunter benutzt eine hierarchische
Klassifikation von MolekĂĽlen als Grundlage fĂĽr die visuelle Navigation.
Die Visualisierung ist eingebettet in eine interaktive Oberfläche die
eine visuelle Analyse von chemischen Strukturdatenbanken erlaubt.
Für zwei Typen von biologischen Netzwerken, Protein-Domänen Netzwerke
und Residue-Interaktionsnetzwerke, stellen wir Ansätze für die interaktive
Visualisierung dar. Die entsprechenden Layoutverfahren unterliegen einer
Reihe von Nebenbedingungen fĂĽr eine sinnvolle Darstellung
LIPIcs, Volume 261, ICALP 2023, Complete Volume
LIPIcs, Volume 261, ICALP 2023, Complete Volum
ConnectIt: A Framework for Static and Incremental Parallel Graph Connectivity Algorithms
Connected components is a fundamental kernel in graph applications due to its
usefulness in measuring how well-connected a graph is, as well as its use as
subroutines in many other graph algorithms. The fastest existing parallel
multicore algorithms for connectivity are based on some form of edge sampling
and/or linking and compressing trees. However, many combinations of these
design choices have been left unexplored. In this paper, we design the
ConnectIt framework, which provides different sampling strategies as well as
various tree linking and compression schemes. ConnectIt enables us to obtain
several hundred new variants of connectivity algorithms, most of which extend
to computing spanning forest. In addition to static graphs, we also extend
ConnectIt to support mixes of insertions and connectivity queries in the
concurrent setting.
We present an experimental evaluation of ConnectIt on a 72-core machine,
which we believe is the most comprehensive evaluation of parallel connectivity
algorithms to date. Compared to a collection of state-of-the-art static
multicore algorithms, we obtain an average speedup of 37.4x (2.36x average
speedup over the fastest existing implementation for each graph). Using
ConnectIt, we are able to compute connectivity on the largest
publicly-available graph (with over 3.5 billion vertices and 128 billion edges)
in under 10 seconds using a 72-core machine, providing a 3.1x speedup over the
fastest existing connectivity result for this graph, in any computational
setting. For our incremental algorithms, we show that our algorithms can ingest
graph updates at up to several billion edges per second. Finally, to guide the
user in selecting the best variants in ConnectIt for different situations, we
provide a detailed analysis of the different strategies in terms of their work
and locality
- …