The Simultaneous Strong Resolving Graph and the Simultaneous Strong Metric Dimension of Graph Families

We consider in this work a new approach to study the simultaneous strong metric dimension of graphs families, while introducing the simultaneous version of the strong resolving graph. In concordance, we consider here connected graphs G whose vertex sets are represented as V(G), and the following terminology. Two vertices u,v is an element of V(G) are strongly resolved by a vertex w is an element of V(G), if there is a shortest w-v path containing u or a shortest w-u containing v. A set A of vertices of the graph G is said to be a strong metric generator for G if every two vertices of G are strongly resolved by some vertex of A. The smallest possible cardinality of any strong metric generator (SSMG) for the graph G is taken as the strong metric dimension of the graph G. Given a family F of graphs defined over a common vertex set V, a set S subset of V is an SSMG for F, if such set S is a strong metric generator for every graph G is an element of F. The simultaneous strong metric dimension of F is the minimum cardinality of any strong metric generator for F, and is denoted by Sds(F). The notion of simultaneous strong resolving graph of a graph family F is introduced in this work, and its usefulness in the study of Sds(F) is described. That is, it is proved that computing Sds(F) is equivalent to computing the vertex cover number of the simultaneous strong resolving graph of F. Several consequences (computational and combinatorial) of such relationship are then deduced. Among them, we remark for instance that we have proved the NP-hardness of computing the simultaneous strong metric dimension of families of paths, which is an improvement (with respect to the increasing difficulty of the problem) on the results known from the literature

The simultaneous (strong) metric dimension of graph families

En aquesta tesi vam introduir la noció de resolubilitat simultània per a famílies de grafs definides sobre un conjunt de vèrtexs en comú. Els principals resultats de la tesi s'han abordat als generadors i bases mètrics simultanis, així com la dimensió mètrica simultània d'aquestes famílies. Addicionalment, hem tractat dues formes de resolubilitat simultània relacionades. Primerament, vam abordar la dimensió d'adjacència simultània, la qual va demostrar la seva utilitat per caracteritzar la dimensió mètrica simultània de famílies compostes per grafs-producte lexicogràfics i corona. En segon lloc, vam estudiar les propietats principals de la dimensió mètrica forta simultània. En tots els casos, el focus va estar a determinar les cotes generals per a aquests paràmetres, les seves relacions amb els paràmetres de resolubilitat estàndard dels grafs individuals i, quan va ser possible, donar valors exactes o cotes ajustades per certes famílies específiques. Des del punt de vista computacional, el problema encara no es pot considerar resolt per al cas general, ja que vam aconseguir verificar que el requisit de simultaneïtat augmenta la complexitat computacional dels càlculs relacionats amb aquests paràmetres, els quals ja s'havia demostrat que eren NP -difícils. En particular, vam caracteritzar famílies compostes per grafs pels quals alguns paràmetres estàndards de resolubilitat es poden calcular eficientment, mentre que calcular els paràmetres simultanis associats és NP-difícil. Per pal•liar aquest problema, vam proposar diversos mètodes per estimar aproximadament aquests paràmetres i vam realitzar una avaluació experimental per estudiar el seu comportament en col•leccions de famílies de grafs generades aleatòriament.En esta tesis hemos introducido la noción de resolubilidad simultánea para familias de grafos definidas sobre un conjunto de vértices en común. Los principales resultados de la tesis han abordado los generadores y bases métricos simultáneos, así como la dimensión métrica simultánea de dichas familias. Adicionalmente, hemos tratado dos formas de resolubilidad simultánea relacionadas. Primeramente, abordamos la dimensión de adyacencia simultánea, la cual demostró su utilidad para caracterizar la dimensión métrica simultánea de familias compuestas por grafos-producto lexicográficos y corona. En segundo lugar, estudiamos las propiedades principales de la dimensión métrica fuerte simultánea. En todos los casos, el foco estuvo en determinar las cotas generales para estos parámetros, sus relaciones con los parámetros de resolubilidad estándar de los grafos individuales y, cuando fue posible, dar valores exactos o cotas ajustadas para ciertas familias específicas. Desde el punto de vista computacional, los problemas aún no se pueden considerar resueltos para el caso general, ya que logramos verificar que el requisito de simultaneidad aumenta la complejidad computacional de los cálculos relacionados con estos parámetros, los cuales ya se había demostrado que eran NP-difíciles. En particular, caracterizamos familias compuestas por grafos para los cuales algunos parámetros estándares de resolubilidad se pueden calcular eficientemente, mientras que calcular los parámetros simultáneos asociados es NP-difícil. Para paliar este problema, propusimos varios métodos para estimar aproximadamente estos parámetros y realizamos una evaluación experimental para estudiar su comportamiento en colecciones de familias de grafos generadas aleatoriamente.In this thesis we have introduced the notion of simultaneous resolvability for graph families defined on a common vertex set. The main results of the thesis have dealt with simultaneous metric generators and bases, as well as the simultaneous metric dimension of such families. Additionally, we have covered two related forms of simultaneous resolvability. Firstly, we treated the simultaneous adjacency dimension, which proved useful for characterizing the simultaneous metric dimension of families composed by lexicographic and corona product graphs. Secondly, we studied the main properties of the simultaneous strong metric dimension. In all cases, our focus was on determining the general bounds for these parameters, their relations to the standard resolvability parameters of the individual graphs and, when possible, giving exact values or sharp bounds for a number of specific families. Computationally, these problems are far from solved for the general case, as we were able to verify that the requirement of simultaneity adds on the complexity of the calculations involving these resolvability parameters, which had already been proven to be NP-hard for their standard counterparts. In particular, we characterized families composed by graphs for which some standard resolvability parameters can be efficiently computed, while computing the associated simultaneous parameters is NP-hard. To alleviate this problem, we proposed several methods for approximately estimating these parameters and conducted an experimental evaluation to study their behaviour on randomly generated collections of graph families

The Simultaneous Local Metric Dimension of Graph Families

In a graph G = ( V , E ) , a vertex v ∈ V is said to distinguish two vertices x and y if d G ( v , x ) ≠ d G ( v , y ) . A set S ⊆ V is said to be a local metric generator for G if any pair of adjacent vertices of G is distinguished by some element of S. A minimum local metric generator is called a local metric basis and its cardinality the local metric dimension of G. A set S ⊆ V is said to be a simultaneous local metric generator for a graph family G = { G 1 , G 2 , … , G k } , defined on a common vertex set, if it is a local metric generator for every graph of the family. A minimum simultaneous local metric generator is called a simultaneous local metric basis and its cardinality the simultaneous local metric dimension of G . We study the properties of simultaneous local metric generators and bases, obtain closed formulae or tight bounds for the simultaneous local metric dimension of several graph families and analyze the complexity of computing this parameter

On the local metric dimension of graphs

La dimensió mètrica d'un espai mètric general es va introduir el 1953, però va atreure poca atenció fins que, uns vint anys més tard, es va aplicar a les distàncies entre els vèrtexs d'un graf. Des de llavors s'ha utilitzat amb freqüència en la teoria de grafs, la química, la biologia, la robòtica i moltes altres disciplines. A causa de la multiplicitat de situacions de les que pot sorgir el problema de distingir els vèrtexs d'un graf, diverses variants del concepte original de la dimensió mètrica ha anat apareixent en la literatura especialitzada. En aquesta tesi s'estudia una d'aquestes variants, és a dir, la dimensió mètrica local. En concret, aquesta tesi ens centrem en el problema de calcular la dimensió mètrica local de grafs. En primer lloc, presentem l'estat de l'art de la dimensió mètrica local i obtenim alguns resultats originals en els que caracteritzem tots els grafs que atenyen algunes fites conegudes. En segon lloc, obtenim fórmules tancades i fites tenses per a la dimensió mètrica local de diverses famílies de grafs, incloent grafs producte fort, grafs corona i grafs producte lexicogràfic. Finalment, introduïm l'estudi de la dimensió mètrica local simultània i donem alguns resultats generals en aquesta nova línia d'investigació.La dimensión métrica de un espacio métrico general fue introducida en 1953, pero atrajo poca atención hasta que, aproximadamente veinte años más tarde, se aplicó a las distancias entre vértices de un gráfico. Desde entonces se ha utilizado con frecuencia en la teoría de los gráficos, la química, la biología, la robótica y muchas otras disciplinas. Debido a la multiplicidad de situaciones desde las que puede surgir el problema de distinguir los vértices de un gráfico, en la literatura especializada han aparecido varias variantes del concepto original de dimensión métrica. En esta tesis estudiamos una de estas variantes, a saber, la dimensión métrica local. En particular, nos centramos en el problema de calcular la dimensión métrica local de grafos. Primero presentamos el estado del arte de la dimensión métrica local y presentamos algunos resultados originales en los que caracterizamos todos los grafos que alcanzan algunas de las cotas conocidas. En segundo lugar, obtenemos fórmulas cerradas y cotas tensas para la dimensión métrica local de varias familias de grafos, entre los que destacamos los grafos producto fuerte, grafos corona y grafos producto lexicográfico. Finalmente, introducimos el estudio de la dimensión métrica local simultánea y damos algunos resultados generales en esta nueva línea de investigación.The metric dimension of a general metric space was introduced in 1953 but attracted little attention until, about twenty years later, it was applied to the distances between vertices of a graph. Since then it has been frequently used in graph theory, chemistry, biology, robotics and many other disciplines. Due to the variety of situations from which the problem of distinguishing the vertices of a graph can arise, several variants of the original concept of metric dimension have been appearing in specialized literature. In this thesis we study one of these variants, namely, the local metric dimension. Specifically, we focus on the problem of computing the local metric dimension of graphs. We first report on the state of the art on the local metric dimension and present some original results in which we characterize all graphs that reach some known bounds. Secondly, we obtain closed formulas and tight bounds on the local metric dimension of several families of graphs, including strong product graphs, corona product graphs, rooted product graphs and lexicographic product graphs. Finally, we introduce the study of simultaneous local metric dimension and we give some general results on this new research line