Propriétés géométriques du nombre chromatique : polyèdres, structures et algorithmes

Computing the chromatic number and finding an optimal coloring of a perfect graph can be done efficiently, whereas it is an NP-hard problem in general. Furthermore, testing perfection can be carried- out in polynomial-time. Perfect graphs are characterized by a minimal structure of their sta- ble set polytope: the non-trivial facets are defined by clique-inequalities only. Conversely, does a similar facet-structure for the stable set polytope imply nice combinatorial and algorithmic properties of the graph ? A graph is h-perfect if its stable set polytope is completely de- scribed by non-negativity, clique and odd-circuit inequalities. Statements analogous to the results on perfection are far from being understood for h-perfection, and negative results are missing. For ex- ample, testing h-perfection and determining the chromatic number of an h-perfect graph are unsolved. Besides, no upper bound is known on the gap between the chromatic and clique numbers of an h-perfect graph. Our first main result states that the operations of t-minors keep h- perfection (this is a non-trivial extension of a result of Gerards and Shepherd on t-perfect graphs). We show that it also keeps the Integer Decomposition Property of the stable set polytope, and use this to answer a question of Shepherd on 3-colorable h-perfect graphs in the negative. The study of minimally h-imperfect graphs with respect to t-minors may yield a combinatorial co-NP characterization of h-perfection. We review the currently known examples of such graphs, study their stable set polytope and state several conjectures on their structure. On the other hand, we show that the (weighted) chromatic number of certain h-perfect graphs can be obtained efficiently by rounding-up its fractional relaxation. This is related to conjectures of Goldberg and Seymour on edge-colorings. Finally, we introduce a new parameter on the complexity of the matching polytope and use it to give an efficient and elementary al- gorithm for testing h-perfection in line-graphs.Le calcul du nombre chromatique et la détermination d'une colo- ration optimale des sommets d'un graphe sont des problèmes NP- difficiles en général. Ils peuvent cependant être résolus en temps po- lynomial dans les graphes parfaits. Par ailleurs, la perfection d'un graphe peut être décidée efficacement. Les graphes parfaits sont caractérisés par la structure de leur poly- tope des stables : les facettes non-triviales sont définies exclusivement par des inégalités de cliques. Réciproquement, une structure similaire des facettes du polytope des stables détermine-t-elle des propriétés combinatoires et algorithmiques intéressantes? Un graphe est h-parfait si les facettes non-triviales de son polytope des stables sont définies par des inégalités de cliques et de circuits impairs. On ne connaît que peu de résultats analogues au cas des graphes parfaits pour la h-perfection, et on ne sait pas si les problèmes sont NP-difficiles. Par exemple, les complexités algorithmiques de la re- connaissance des graphes h-parfaits et du calcul de leur nombre chro- matique sont toujours ouvertes. Par ailleurs, on ne dispose pas de borne sur la différence entre le nombre chromatique et la taille maxi- mum d'une clique d'un graphe h-parfait. Dans cette thèse, nous montrons tout d'abord que les opérations de t-mineurs conservent la h-perfection (ce qui fournit une extension non triviale d'un résultat de Gerards et Shepherd pour la t-perfection). De plus, nous prouvons qu'elles préservent la propriété de décompo- sition entière du polytope des stables. Nous utilisons ce résultat pour répondre négativement à une question de Shepherd sur les graphes h-parfaits 3-colorables. L'étude des graphes minimalement h-imparfaits (relativement aux t-mineurs) est liée à la recherche d'une caractérisation co-NP com- binatoire de la h-perfection. Nous faisons l'inventaire des exemples connus de tels graphes, donnons une description de leur polytope des stables et énonçons plusieurs conjectures à leur propos. D'autre part, nous montrons que le nombre chromatique (pondéré) de certains graphes h-parfaits peut être obtenu efficacement en ar- rondissant sa relaxation fractionnaire à l'entier supérieur. Ce résultat implique notamment un nouveau cas d'une conjecture de Goldberg et Seymour sur la coloration d'arêtes. Enfin, nous présentons un nouveau paramètre de graphe associé aux facettes du polytope des couplages et l'utilisons pour donner un algorithme simple et efficace de reconnaissance des graphes h- parfaits dans la classe des graphes adjoints

Brain decoding: toward real-time reconstruction of visual perception

In the past five years, the use of generative and foundational AI systems has greatly improved the decoding of brain activity. Visual perception, in particular, can now be decoded from functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with remarkable fidelity. This neuroimaging technique, however, suffers from a limited temporal resolution ($\approx$0.5 Hz) and thus fundamentally constrains its real-time usage. Here, we propose an alternative approach based on magnetoencephalography (MEG), a neuroimaging device capable of measuring brain activity with high temporal resolution ($\approx$5,000 Hz). For this, we develop an MEG decoding model trained with both contrastive and regression objectives and consisting of three modules: i) pretrained embeddings obtained from the image, ii) an MEG module trained end-to-end and iii) a pretrained image generator. Our results are threefold: Firstly, our MEG decoder shows a 7X improvement of image-retrieval over classic linear decoders. Second, late brain responses to images are best decoded with DINOv2, a recent foundational image model. Third, image retrievals and generations both suggest that MEG signals primarily contain high-level visual features, whereas the same approach applied to 7T fMRI also recovers low-level features. Overall, these results provide an important step towards the decoding - in real time - of the visual processes continuously unfolding within the human brain.Comment: 16 pages, 8 figures, preprin

Geometric properties of the chromatic number : polyhedra, structure and algorithms

Le calcul du nombre chromatique et la détermination d'une colo- ration optimale des sommets d'un graphe sont des problèmes NP- difficiles en général. Ils peuvent cependant être résolus en temps po- lynomial dans les graphes parfaits. Par ailleurs, la perfection d'un graphe peut être décidée efficacement. Les graphes parfaits sont caractérisés par la structure de leur poly- tope des stables : les facettes non-triviales sont définies exclusivement par des inégalités de cliques. Réciproquement, une structure similaire des facettes du polytope des stables détermine-t-elle des propriétés combinatoires et algorithmiques intéressantes? Un graphe est h-parfait si les facettes non-triviales de son polytope des stables sont définies par des inégalités de cliques et de circuits impairs. On ne connaît que peu de résultats analogues au cas des graphes parfaits pour la h-perfection, et on ne sait pas si les problèmes sont NP-difficiles. Par exemple, les complexités algorithmiques de la re- connaissance des graphes h-parfaits et du calcul de leur nombre chro- matique sont toujours ouvertes. Par ailleurs, on ne dispose pas de borne sur la différence entre le nombre chromatique et la taille maxi- mum d'une clique d'un graphe h-parfait. Dans cette thèse, nous montrons tout d'abord que les opérations de t-mineurs conservent la h-perfection (ce qui fournit une extension non triviale d'un résultat de Gerards et Shepherd pour la t-perfection). De plus, nous prouvons qu'elles préservent la propriété de décompo- sition entière du polytope des stables. Nous utilisons ce résultat pour répondre négativement à une question de Shepherd sur les graphes h-parfaits 3-colorables. L'étude des graphes minimalement h-imparfaits (relativement aux t-mineurs) est liée à la recherche d'une caractérisation co-NP com- binatoire de la h-perfection. Nous faisons l'inventaire des exemples connus de tels graphes, donnons une description de leur polytope des stables et énonçons plusieurs conjectures à leur propos. D'autre part, nous montrons que le nombre chromatique (pondéré) de certains graphes h-parfaits peut être obtenu efficacement en ar- rondissant sa relaxation fractionnaire à l'entier supérieur. Ce résultat implique notamment un nouveau cas d'une conjecture de Goldberg et Seymour sur la coloration d'arêtes. Enfin, nous présentons un nouveau paramètre de graphe associé aux facettes du polytope des couplages et l'utilisons pour donner un algorithme simple et efficace de reconnaissance des graphes h- parfaits dans la classe des graphes adjoints.Computing the chromatic number and finding an optimal coloring of a perfect graph can be done efficiently, whereas it is an NP-hard problem in general. Furthermore, testing perfection can be carried- out in polynomial-time. Perfect graphs are characterized by a minimal structure of their sta- ble set polytope: the non-trivial facets are defined by clique-inequalities only. Conversely, does a similar facet-structure for the stable set polytope imply nice combinatorial and algorithmic properties of the graph ? A graph is h-perfect if its stable set polytope is completely de- scribed by non-negativity, clique and odd-circuit inequalities. Statements analogous to the results on perfection are far from being understood for h-perfection, and negative results are missing. For ex- ample, testing h-perfection and determining the chromatic number of an h-perfect graph are unsolved. Besides, no upper bound is known on the gap between the chromatic and clique numbers of an h-perfect graph. Our first main result states that the operations of t-minors keep h- perfection (this is a non-trivial extension of a result of Gerards and Shepherd on t-perfect graphs). We show that it also keeps the Integer Decomposition Property of the stable set polytope, and use this to answer a question of Shepherd on 3-colorable h-perfect graphs in the negative. The study of minimally h-imperfect graphs with respect to t-minors may yield a combinatorial co-NP characterization of h-perfection. We review the currently known examples of such graphs, study their stable set polytope and state several conjectures on their structure. On the other hand, we show that the (weighted) chromatic number of certain h-perfect graphs can be obtained efficiently by rounding-up its fractional relaxation. This is related to conjectures of Goldberg and Seymour on edge-colorings. Finally, we introduce a new parameter on the complexity of the matching polytope and use it to give an efficient and elementary al- gorithm for testing h-perfection in line-graphs

Integer round-up property for the chromatic number of some h-perfect graphs

International audienc

Ear-decompositions and the complexity of the matching polytope

The complexity of the matching polytope of graphs may be measured with the maximum length $\beta$ of a starting sequence of odd ears in an ear-decomposition. Indeed, a theorem of Edmonds and Pulleyblank shows that its facets are defined by 2-connected factor-critical graphs, which have an odd ear-decomposition (according to a theorem of Lov\'asz). In particular, $\beta(G) \leq 1$ if and only if the matching polytope of the graph $G$ is completely described by non-negativity, star and odd-circuit inequalities. This is essentially equivalent to the h-perfection of the line-graph of $G$, as observed by Cao and Nemhauser. The complexity of computing $\beta$ is apparently not known. We show that deciding whether $\beta(G)\leq 1$ can be executed efficiently by looking at any ear-decomposition starting with an odd circuit and performing basic modulo-2 computations. Such a greedy-approach is surprising in view of the complexity of the problem in more special cases by Bruhn and Schaudt, and it is simpler than using the Parity Minor Algorithm. Our results imply a simple polynomial-time algorithm testing h-perfection in line-graphs (deciding h-perfection is open in general). We also generalize our approach to binary matroids and show that computing $\beta$ is a Fixed-Parameter-Tractable problem (FPT)

A dominance criterion for packing problems

International audienceWe present an algorithm which we use to identify easy subproblems for packing problems. The algorithm is polynomial in the number of bins and item types and is based on a flow computation in a bipartite compat- ibility graph. It outputs the largest subproblem satisfying the dominance criterion and a feasible solution to this subproblem. The algorithm is well suited to be integrated in a branch-and-bound solver for packing problems and can be adapted to work on many problems, including single or multi-dimensionnal bin packing, vector packing, cutting stock, packing with conflicts, etc